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Santé

Quelle est la corrélation entre génome, transcriptome, protéome et métabolome (régulation de l'expression des gènes)?

Grégory Ségala

Réponse de Grégory Ségala

Docteur

Section de biologie

Université de Genève

Cette question est très vaste et nécessite dans un premier temps de poser les bonnes définitions pour pouvoir y répondre.

Génome, transcriptome, protéome et métabolome constituent les grands ensembles moléculaires du vivant. Le génome constitue une source d'information stockée sous forme moléculaire: l'ADN. Il contient toute l'information génétique nécessaire à la reproduction et à l'établissement des fonctions biologiques d'un organisme vivant. Ces fonctions sont codées sous forme de gènes.

Dans une cellule, seule une partie des fonctions codées dans le génome est nécessaire. Par exemple, un neurone n'aura pas besoin de sécréter des enzymes digestives car il n'effectue pas la digestion. C'est pourquoi une sélection des gènes requis est effectuée par la cellule selon ses besoins. On dit que ces gènes sont exprimés et ce processus s’appelle l'expression génique.

Au commencement de l'expression génique, un intermédiaire est produit à partir de chaque gène. Il s'agit de l'ARN messager et sa production s'appelle la transcription. Par conséquent l'ensemble des ARN messagers d'une cellule s'appelle le transcriptome, et il est spécifique de chaque cellule en fonction de son identité, ainsi que de ses besoins immédiats.

L'ARN messager est, lui aussi, une information génétique, et il n'est pas capable d'assurer la fonction qu'il code. Les ARN messagers de la cellule sont donc traduits en protéines qui établissent activement les fonctions initialement codées dans le génome. L'ensemble des protéines d'une cellule s'appelle le protéome, qui est le produit fonctionnel de l'expression génique.

Le métabolome représente tous les métabolites, c'est-à-dire les glucides, les lipides, les acides aminés et les acides nucléiques. A la différence de la triade génome-transcriptome-protéome, le métabolome n’est pas encodé.

Dans la cellule, les protéines remplissent  un rôle actif et dirigé: elles imputent une direction à chacun des processus biologiques dans lesquelles elles interviennent. A l'inverse, les métabolites agissent de manière passive dans la cellule et nécessitent l'intervention de protéines pour les organiser. Par exemple, même si les lipides sont essentiels pour la formation de la membrane plasmique, ce sont des protéines qui sont responsables de leur production et de leur assemblage.

Par conséquent, une corrélation qui pourrait être faite entre ces quatre grands ensembles serait que l'expression du génome définit un transcriptome, puis un protéome spécifique qui façonne le métabolome. Réciproquement, le métabolome régule l'expression génique pour que la cellule adapte en permanence son protéome à son état métabolique. Toutefois il ne faut pas oublier que le contrôle du métabolome ne fait partie que de l'une des fonctions du protéome, qui remplit aussi de nombreux autres rôles comme la communication de la cellule avec son environnement ou la structuration de la cellule.

23 octobre 2017

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