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Organisation spatio-temporelle infra intra-cellulaire

La compréhension de la dynamique cellulaire est rendue difficile par le nombre des constituants, leurs interactions, leur plasticité et leur organisation à plusieurs niveaux d'échelle. Elle impose l'acquisition des données spatio-temporelles relatives à la distribution et à la dynamique (trafic) de ces constituants. Cette acquisition est un défi incontournable. L’intégration de ces données spatio-temporelles avec les réseaux d'interaction obtenus à partir des études des transcriptomes, protéomes, génomes... devrait aboutir à l’élaboration de modèles de l’organisation infra-cellulaire. Ceux-ci serviront à prédire et éventuellement contrôler l'état d'un système.

Pour accéder à une compréhension globale et dynamique de la cellule, la modélisation permet d'intégrer les données disponibles et d'assister l'expérimentation afin d'optimiser l'acquisition des connaissances manquantes. Ces modèles doivent être mis en perspective avec les contraintes fondamentales du vivant, qui peuvent être résumées dans un paradigme à construire de la cellule minimale.

  • Mots clés: Organisation spatio-temporelle, observation, reconstruction de réseaux

d’interaction, constituants cellulaires, modélisation, fouille de données
Les grands défis:

  • Etude et modélisation de la distribution des constituants, de leur dynamique et de leurs

interactions (approches discrètes ou continues).

  • Reconstitution de réseaux d'interaction à plusieurs échelles, perturbation et prédiction.
  • Conception d'une cellule minimale virtuelle.

1. Etude et modélisation de la distribution des constituants, de leur dynamique

et de leurs interactions (approches discrètes ou continues).
Il s'agit d'identifier ou de caractériser la distribution des constituants élémentaires de la cellule et d'identifier leur différents modes de transport. Ces études s'appliquent aux petits objets (ions, petites molécules, co-facteurs...) aussi bien qu'aux macromolécules. L'analyse des trafics cellulaires d’objets multiples pouvant être effectuée soit sur des ensembles d'objets (valeurs moyennes) soit à l’échelle de la molécule unique ou de la cellule unique, il faudra intégrer les notions de variabilité et de comportement moyen.
Il parait nécessaire de développer des outils analytiques sophistiqués permettant d'accéder aux informations spacio-temporelles. Leur principe ou le traitement de l'information qu'ils produisent pourraient relever de thématiques des systèmes complexes.
Exemple :

  • analyse par vidéomicroscopie de constituants cellulaires et modélisation des trafics
  • traitement statistique du trafic d’un objet (localisation, distribution et mouvement)

2. Reconstitution de réseaux d'interaction à plusieurs échelle, perturbation et prédiction.

La production de masse de donnée croit régulièrement. Leur classification et structuration ne suffit pas à expliquer un système vivant. Il parait nécessaire de développer les outils nécessaires pour la reconstitution de réseaux d'interactions qui rendent compte d'un système biologique (identification des arêtes et noeuds principaux, robustesse). Ces réseaux doivent prendre compte de l'organisation des principaux constituants et leur distribution dans la cellule en intégrant, par exemple, les informations spatio-temporelles. Ces réseaux serviront à proposer des modèles.Il faut à la fois développer des méthodes permettant de modéliser un système à partir de l'ensemble des informations et d'extraire des paramètres sensibles aux perturbations. Ces modèles devraient permettre d'étudier l’impact des contraintes externes (pression, température, pH, ressources, hygrométrie,...) sur la cellule et inversement mesurer l'impact de l'activité cellulaire sur son environnement. La modélisation de ces systèmes permet de considérer un tissu comme un environnement spécifique pour une cellule .
Exemples :

  • Fouille de données issus des analyses systémiques, (reconstruction de voies

métaboliques, de réseaux de régulation ...)

  • Utiliser la perturbation pour modéliser un système biologique, prédire les

points sensibles (prédiction d’une cible thérapeutique)

  • Construction d’un modèle afin de prédire le comportement d’un système à une

perturbation (infection virale, exposition à un toxique,...)

3.Conception d'une cellule minimale virtuel.

L'observation du vivant, y compris dans une perspective évolutive, permettra de dégager les fonctions, les structures, les échelles, et les contraintes qui définissent son domaine de viabilité. L'ensemble de ces éléments sera regroupé au sein d'un concept de cellule minimale virtuelle qui permettra de tester la viabilité d'un modèle théorique. La cellule minimale virtuelle peut également constituer un outil d'expérimentation pour analyser les conséquences de perturbations. Cette stratégie peut traverser toutes les échelles et permettre de tester la robustesse d’un système. Ce défi s'inscrit dans une série d'initiatives impliquant la double dimension théorique et expérimentale visant à construire un génome minimal ( ) ou à reconstituer de novo un système vivant (PACE). Il s'en différencie par le fait qu'il ne tend pas à reconstruire un modèle "viable" mais à définir les contraintes nécessaires à la "viabilité".

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Contributors to this page: davidchavalarias , peyrieras and dutreix .
Page last modified on Sunday 10 December, 2006 19:49:05 CET by davidchavalarias.