Aperçu Général
Les bases de données de voies et d’ontologies fournissent des représentations structurées des connaissances biologiques. Elles transforment la nature complexe et interconnectée des processus cellulaires en formats calculables qui peuvent être interrogés, analysés et visualisés. L’Ontologie Génique (GO) fournit un vocabulaire contrôlé pour décrire les produits géniques dans trois domaines : composant cellulaire, fonction moléculaire et processus biologique. KEGG (Encyclopédie de Kyoto des Gènes et des Génomes) mappe les gènes aux voies métaboliques et de signalisation. Reactome est une base de données de voies open-source et organisée couvrant les réactions dans la biologie humaine.
Concepts Clés
L’Ontologie Génique est structurée comme un graphe acyclique dirigé où les termes sont connectés par des relations parent-enfant (est-un, partie-de, régule). Les annotations associent les produits géniques aux termes GO, soutenues par des codes de preuve. Les Cartes de Voies KEGG sont des diagrammes dessinés manuellement où les nœuds représentent des gènes, des protéines ou des composés et les arêtes représentent des interactions ou des réactions. L’Orthologie KEGG (KO) regroupe les gènes fonctionnellement liés entre espèces. Reactome représente les voies comme des ensembles ordonnés de réactions moléculaires, chacune avec des relations entrée-sortie détaillées, et inclut des outils pour l’analyse des voies à partir de données omiques.
Applications
Les bases de données d’ontologies et de voies permettent une interprétation de haut niveau des données expérimentales. L’analyse d’enrichissement des termes GO ou des voies KEGG identifie les processus biologiques surreprésentés dans les listes de gènes issues d’études de voies métaboliques ou d’expériences d’expression différentielle. Les références croisées de classification et nomenclature des enzymes sont intégrées dans KEGG pour la reconstruction métabolique. Les voies de signalisation et transduction du signal cellulaires dans Reactome fournissent un contexte mécanistique pour la phosphoprotéomique et les criblages de perturbation.
Protocole Pratique
Pour mapper une liste de gènes exprimés différentiellement aux voies en utilisant KEGG, naviguez vers kegg.jp et cliquez sur “KEGG Mapper” > “Search & Color Pathway”. Collez votre liste de gènes (en utilisant les ID Entrez Gene ou les accès UniProt) et sélectionnez l’organisme cible (par ex., “hsa” pour l’humain). KEGG colore les gènes correspondants sur chaque diagramme de voie, révélant immédiatement quelles voies sont enrichies. Pour une analyse statistique plus rigoureuse, utilisez l’outil d’enrichissement KEGG basé sur le web ou DAVID (david.ncifcrf.gov) : téléchargez votre liste de gènes, sélectionnez l’espèce et exécutez le clustering d’annotation fonctionnelle pour obtenir des valeurs p d’enrichissement et des taux de fausses découvertes. Pour l’analyse d’enrichissement GO, utilisez la Ressource d’Ontologie Génique (geneontology.org) : collez votre liste de gènes, sélectionnez le filtre de code de preuve (par ex., excluez “IEA” pour une plus grande confiance) et visualisez les termes enrichis sous forme d’arbre hiérarchique ou de diagramme à barres. Comme exemple concret, un chercheur effectuant du RNA-seq sur du tissu hépatique d’un modèle murin de stéatose hépatique non alcoolique identifie 500 gènes surexprimés. Leur soumission à KEGG Mapper révèle une surreprésentation de la “voie de signalisation PPAR” (p = 10-8), du “Métabolisme des acides gras” (p = 10-6) et de la “Phosphorylation oxydative” (p = 10-4). L’enrichissement GO confirme l’enrichissement du “processus métabolique lipidique” (GO:0006629) et du “transport d’électrons mitochondrial” (GO:0006120), fournissant une vue au niveau systémique de la reprogrammation métabolique sous-tendant le phénotype de la maladie. Les analyses combinées GO et KEGG fournissent ainsi des vues complémentaires, GO révèle des détails mécanistiques (par ex., transporteurs ou enzymes spécifiques), tandis que KEGG montre comment ces composants s’intègrent dans des cartes de voies plus larges.
