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Les principales difficultés rencontrées lors de la comparaison de voies métaboliques au sein de deux espèces différentes sont liées :

• à l’existence de données expérimentales manquantes
• à l'absence de méthode formelle de comparaison des connaissances acquises dans les deux espèces comparées.

Le premier point est particulièrement important dans les espèces dites « non-modèles », qui sont moins étudiées. Les résultats obtenus dans une espèce étant alors souvent transposés dans une autre. Le second point est critique pour permettre de juger objectivement de la légitimité de l’inférence réalisée.

Dans une approche purement structurelle, la comparaison de voies métaboliques dans deux espèces différentes vise à analyser la succession des réactions dans chacune des espèces.  
Pour étudier ces voies métaboliques sur un plan fonctionnel, nous avons proposé de mesurer la similarité entre les annotations des gènes impliqués dans chaque réaction des voies métaboliques. L'utilisation de mesures de similarité sémantique est classique pour comparer des gènes annotés. Ces annotations sont en particulier extraites de la base de donnée « Gene Ontology Annotation » (GOA) où des termes de Gene Ontology (GO) sont assignés aux produits de gènes. En se focalisant sur la part commune aux produits de gènes comparés, ces mesures ignorent néanmoins les caractéristiques spécifiques à chaque produit de gène.

Pour affiner la comparaison, nous avons proposé une mesure de particularité sémantique, précisant ainsi dans quelle mesure certains termes sont spécifiques à une espèce ou l’autre. Pour chaque étape de la voie métabolique et pour chaque gène impliqué, nous avons au final défini un triplet composé d’une valeur de similarité entre les produits de gènes dans les deux espèces et des valeurs de particularité pour chacune des deux espèces, valeurs pouvant être discrétisées en appréciations qualitatives pour faciliter l’interprétation.

Dans les trois espèces étudiées, l’homme, la souris et le poulet, des particularités ont pu être observées, y compris au niveau de produits de gènes similaires. Elles concernent notamment des processus biologiques et des composants cellulaires. Les fonctions moléculaires présentent quant à elles une plus forte similarité et peu de particularités. Cette approche permet donc d’identifier des gènes présentant des particularités au sein d’ensemble de gènes similaires. Elle pointe ainsi sur des gènes qui méritent d’être étudiés plus en profondeur.

Ces travaux ont été menés par Charles Bettembourg dans le cadre de sa thèse (2011-2013).

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Bettembourg, C.. Méthodes sémantiques pour la comparaison inter-espèces de voies métaboliques : application au métabolisme des lipides chez l'humain, la souris et la poule. Doctorat de l’Université de Rennes 1, 16 décembre 2013. (PDF)

Bettembourg, C., Diot, C., Burgun, A., Dameron, O. 2012. GO2PUB : Querying PubMed with semantic expansion of gene ontology terms. Journal of Biomedical Semantics 3:7. (DOI).

Ouédraogo, M. , Bettembourg, C., Bretaudeau, A., Sallou, O., Diot, C., Demeure, O., Lecerf, F. 2012. The Duplicated Genes Database: Identification and Functional Annotation of Co-Localised Duplicated Genes across Genomes. PLoS ONE 7:11. (DOI)

Dameron, O., Bettembourg, C., Le Meur, N. 2013. Measuring the Evolution of Ontology Complexity : The Gene Ontology Case Study. PLoS ONE 8:10. (DOI)

Bettembourg, C., Diot, C., Dameron, O.. 2014. Semantic particularity measure for functional characterization of gene sets using Gene Ontology. PLoS ONE 9(1):e86525. (DOI)

Contact

Christian Diot, UMR PEGASE, équipe Génétique et Génomique, christian.diot[at]rennes.inra.fr

Olivier Dameron, UMR IRISA, équipe Dyliss, olivier.dameron[at]univ-rennes1.fr