Université Libre de Bruxelles
Faculté des Sciences
Département de Biologie Moléculaire
Service de Bioinformatique des Génomes et Réseaux
Etude bioinformatique du réseau d'interactions entre protéines de
transport chez les Fungi
Sylvain Brohée
Jury
Pr Etienne Pays, président
Dr Anne-Marie Marini, secrétaire et rapporteur Dr Vincent Detours, rapporteur
Dr Pierre Geurts, examinateur (ULg) Pr Gianluca Bontempi
Pr Jacques van Helden, promoteur Pr Bruno André, co-promoteur
Dissertation présentée en vue de l'obtention du grade de
Docteur en Sciences
Remerciements
Durant ces quatre années, lorsque j’évoquais mon travail, je me l’appropriais complètement. Je parlais de mathèse effectuée surmonsujet de thèse dansmonlabo. Pourtant, si vous parcourez ce fameux manuscrit, vous pourriez avoir l’impression que, docteur en devenir, je décide de me servir d’un pluriel majestatif pour parler de ma magnificente personne (ahah !)ou plus plausiblement, que je n’ai rien été fichu de faire tout seul. C’est évidemment cette deuxième solution qui est à retenir ! Même si je suis le principal artisan de cet indigeste pavé, rien n’aurait été accompli sans l’aide et la collaboration précieuses de toute une série de personnes que je tiens à remercier ici. Aussi, quand je disnous, je parle de moi et de ceux qui m’ont accompagné. Car si cette thèse est un travail personnel, ma personnalité, elle, a été diversement façonnée au gré des rencontres que j’ai pu faire et des échanges qui en ont découlé.
J’ai donc quelques remerciements à adresser à ceux qui composent cenous.
Je remercie mon promoteur, le professeur Jacques van Helden pour m’avoir donné la chance de rejoindre son labo. J’espère lui avoir volé un peu de son enthousiasme communicatif, de sa capacité à rendre évident des concepts totalement abscons, de sa patience, de son humanité et surtout de son absolue rigueur scienti- fique. J’espère que comme lui, je continuerai à m’émerveiller de ce qui m’entoure comme un enfant, et de vouloir comprendre, comme un scientifique.
Je remercie, mon co-promoteur, le professeur Bruno André qui m’a confié ses précieuses données et m’a toujours soutenu. Je lui suis très reconnaissant pour ses nombreux conseils et pour m’avoir accueilli pour manipuler dans son labo en de multiples occasions aux risques et périls de tout le personnel de l’IBMM.
Ensuite, je remercie tous les membres passés et présents de ces deux labos.
Je te remercie Rekin’s car j’ai partagé avec toi bien plus qu’un bureau. Merci pour nos discussions et nos affrontements. Je ne me suis jamais senti plus chercheur que lorsque nous travaillions sur le même sujet en totale collaboration et sans aucune compétition.
Morgane, dont les croissants et les conseils (pas seulement d’ordre informatique) m’ont souvent sorti de l’impasse. Elsa, pour l’impressionnante patience qu’elle a déployé lorsque je manipulais à ses côtés (ce qui nous a quand même permis d’identifier un nouvel organite fongique), et pour sa constante gentillesse. Un grand merci à vous deux pour avoir relu la brique !
Un grand merci à Karoline que je suis heureux d’avoir cotoyé et dont l’efficacité et le dynamisme m’ont toujours impressionné. Merci à Fadi pour le soleil et les sourires que tu as apportés lors ton passage dans notre bureau. Merci à Olivier pour l’efficacité et la modestie que tu déploies lors de tous les services rendus au labo. Je remercie Raphaël sans qui le labo se serait arrêté de fonctionner depuis longtemps, toujours prêt à rendre service et à écouter les petits problèmes informatiques. Stéfan et Catherine qui m’ont si bien aidé et encadré, sans hurler (ou alors très peu), lors de mes manip à Gosselies.
Un grand merci à Gipsi et ses bruyants éclats de rire, Jean-Valéry et son calme olympien en toutes circonstances, Myriam pour sa serviabilité et son efficacité, Mathieu le pragmatique, Raul et sa nervosité légendaire, Benoit et son humour pince-sans-rire, Ariane et Marc.
Je remercie Virginie, ma puce, qui a donné un sens à ma vie et s’apprête à en donner un nouveau. Je te remercie, ma chérie, pour la capacité que tu as à m’apaiser par ta simple présence, pour ta générosité et ta simplicité.
Merci à mes parents qui m’ont toujours soutenu, fait confiance et permis d’effectuer mes choix ainsi.
Merci à mon frère, débordant de bonté et de gentillesse !
Enfin, bien sûr le Fonds pour la Recherche dans l’Industrie et l’Agriculture (F.R.I.A.) qui a financé et permis le bon déroulement de cette thèse pendant 4 ans.
Du fond du coeur, encore un grand merci à tous !
3
Table des matières
I Introduction 9
1 Les membranes cellulaires et protéines associées 11
1.1 Caractéristiques et structure des membranes biologiques . . . 11
1.1.1 Structure des membranes . . . 11
1.1.2 Fluidité des membranes . . . 13
1.1.3 Protéines associées aux membranes biologiques . . . 14
1.2 Perméabilité sélective et perméases . . . 14
1.2.1 Diffusion simple . . . 14
1.2.2 Transport impliquant des protéines . . . 14
1.2.3 Les perméases . . . 16
2 Interactions entre protéines 19 2.1 Introduction . . . 19
2.1.1 Généralités . . . 19
2.1.2 Interactions physiques ou fonctionnelles . . . 19
2.2 Interactions physiques et complexes protéiques . . . 19
2.2.1 Interactions entre protéines membranaires . . . 20
2.2.2 Regulation transcriptionnelle des complexes . . . 21
2.2.3 Méthodes de détection des complexes protéiques à large spectre . . . 23
2.2.4 Le projetAssocioport . . . 26
2.3 Interactions fonctionnelles entre protéines . . . 28
2.3.1 Approches informatiques de détection d’interactions fonctionnelles . . . 28
3 Les réseaux biologiques 31 3.1 Biologie de systèmes complexes . . . 31
3.1.1 Réductionnisme et complexité . . . 31
3.1.2 Appréhender des phénomènes biologiques complexes . . . 31
3.2 La théorie des graphes . . . 32
3.2.1 Formalisme des graphes . . . 32
3.2.2 Propriétés générales des réseaux biologiques . . . 35
3.2.3 Quelques types de réseaux couramment étudiés en biologie . . . 39
3.3 Clustering de graphe . . . 44
3.3.1 Définitions . . . 44
3.3.2 Applications en biologie . . . 44
3.3.3 Clustering de graphes biologiques . . . 46
3.4 Outils informatiques pour l’étude de réseaux biologiques . . . 49
3.4.1 Outils avec interface graphique . . . 49
3.4.2 Outils en ligne de commande . . . 50
4 Objectifs 53
5
6
II Résultats 55
5 Développement d’outils consacrés à l’analyse de graphes 57
5.1 Historique des outils . . . 57
5.2 Description des articles présentés . . . 59
5.2.1 Présentation du serveur Web deNeAT . . . 59
5.2.2 Protocole d’utilisation de certaines des outils deNeAT . . . 69
6 Ré-implémentation de YTPdb 85 6.1 Bases de données de transporteurs . . . 85
6.2 Specificités de YTPdb . . . 85
6.2.1 Contenu . . . 86
6.2.2 Accès et interface . . . 86
6.2.3 Conclusions et perspectives . . . 87
7 Evaluation de méthodes de clustering de graphe 89 7.1 Intérêt de l’évaluation . . . 89
7.2 Description de l’article présenté . . . 89
7.2.1 Description des algorithmes évalués . . . 90
7.2.2 Principe de l’évaluation . . . 90
7.2.3 Résultats . . . 91
7.3 Conclusion . . . 91
7.4 Erratum . . . 113
8 Etudes de données expérimentales 115 8.1 Introduction . . . 115
8.2 Procédure bioinformatique . . . 115
8.2.1 Estimation de la qualité des données . . . 115
8.2.2 Traitement statistiques des données . . . 118
8.2.3 Analyse du réseau d’interactions . . . 121
8.3 Conclusion . . . 129
9 Profils phylogénétiques 131 9.1 Méthodes . . . 131
9.1.1 Installation de génomes fongiques . . . 131
9.1.2 Recherche des protéines orthologues . . . 131
9.1.3 Etude des profils phylogénétiques . . . 132
9.1.4 Evaluation . . . 132
9.2 Evaluation de notre approche . . . 133
9.2.1 Fungi . . . 133
9.2.2 Fungi, Bactéries et Archae . . . 136
9.2.3 Filtrage des organismes . . . 137
9.2.4 Courbes de ROC . . . 137
9.3 Interactions fonctionnelles impliquant des transporteurs . . . 139
9.4 Conclusion . . . 141
10 Réseaux de co-régulation 143 10.1 L’approche des empreintes phylogénétiques . . . 143
10.1.1 Découverte de motifs . . . 143
10.1.2 Dyad-analysis . . . 145
10.1.3 Les empreintes phylogénétiques . . . 145
10.2 Description de l’article présenté . . . 147
10.2.1 Méthode utilisée . . . 147
10.2.2 Evaluation du réseau de co-régulation . . . 148
10.2.3 Conclusion . . . 148
10.3 Etude de la co-régulation des transporteurs . . . 187
7
10.3.1 Réseau induit par les transporteurs . . . 187
10.3.2 Etude des groupes de voisins des transporteurs orphelins . . . 192
10.3.3 Etude expérimentale du gèneYHL008C . . . 196
10.4 Conclusion . . . 198
III Conclusion générale et Perspectives 199 11 Conclusion générale et perspectives 201 11.1 Etude des interactions entre transporteurs de la levure . . . 201
11.2 Etudes de réseaux biologiques . . . 203
11.3 Mise en perspective . . . 204
IV Annexes 207
