BacAttract - Analyse théorique et expérimentale d'attracteurs de réseaux de régulation génique

Régulation globale de la transcription chez Escherichia coli et Synechocystis PCC 6803

Coordinateur : Hidde de Jong

Projet financé dans le cadre de l'Action Concertée Incitative IMPBio

L'étude de réseaux de régulation génique est fortement stimulée par le développement des nouvelles techniques génomiques permettant de mesurer simultanément le niveau d'expression de tous les gènes d'un organisme au cours du temps et dans différentes conditions. Outre des méthodes expérimentales à haut débit, des approches mathématiques et bioinformatiques sont indispensables pour analyser la dynamique des réseaux de régulation génique. Un formalisme basé sur des équations différentielles linéaires par morceaux (LPM) s'est montré particulièrement adapté pour la modélisation de ces réseaux.

Le but du projet BacAttract, financé dans le cadre de l'ACI IMPBio, est de faire une analyse théorique et expérimentale de la dynamique de réseaux de régulation bactériens. Dans un premier volet, nous étudions les attracteurs des systèmes LPM (points d'équilibre et cycles limites), ainsi que leur stabilité et leur bassin d'attraction. Les résultats de ces études mathématiques seront utilisés afin de développer des algorithmes efficaces pour rechercher les attracteurs d'un modèle d'un réseau donné. Ces algorithmes seront implémentés dans un nouveau module de Genetic Network Analyzer (GNA), un outil existant pour la modélisation et la simulation qualitative de réseaux de régulation génique.

Dans un deuxième volet du projet, l'outil sera mis à l'épreuve dans l'étude des réseaux impliqués dans la régulation globale de la transcription chez les bactéries Escherichia coli et Synechocystis PCC 6803. Nous développerons des modèles LPM de ces réseaux en utilisant des données disponibles dans la littérature, complétées par des hypothèses plausibles. Les prédictions des attracteurs, obtenues par GNA à partir de ces modèles, seront testées expérimentalement, en utilisant des mesures du niveau d'expression des gènes, de la concentration de certaines protéines et de certains métabolites et de la topologie de l'ADN.

Au jour d'aujourd'hui (décembre 2004) le projet avance comme prévu. Un article sur l'analyse mathématique des points d'équilibre des équations différentielles LPM et de leur stabilité a été soumis, alors qu'une implémentation prototype d'un module de GNA pour l'identification de points d'équilibre est actuellement en cours. Un modèle initial de la régulation globale de la transcription chez Escherichia coli a été construit et est décrit dans un autre article soumis pour publication. Afin de tester les prédictions du modèle, des expériences pour mesurer le profil d'expression des gènes clés du modèle ont été lancées. En outre, un premier modèle du processus correspondant chez Synechocystis est sur le point d'être fini.

Plusieurs participants à ce projet sont également impliqués dans le projet "GDyn : Analyse dynamique de réseaux de régulation génique", financé dans le cadre des Actions de Recherche Coopérative (ARC) de l'INRIA.

Pour nous contacter : Hidde.de-Jong@inrialpes.fr

Informations sur le projet

Documents et publications : pour en savoir plus...

Équipes : les participants et leur coordonnées...

Agenda : les réunions, les nouvelles, ...

Documents et publications :

G. Batt, D. Ropers, H. de Jong, J. Geiselmann, M. Page, D. Schneider (2004), Qualitative analysis and verification of hybrid models of genetic regulatory networks: Nutritional stress response in Escherichia coli, Proceedings Hybrid Systems: Computation and Control (HSCC 2005), LNCS, Springer-Verlag, Berlin, 2005, in press.

H. de Jong (2003), BacAttract - Analyse théorique et expérimentale d'attracteurs de réseaux de régulation génique : régulation globale de la transcription chez Escherichia coli et Synechocystis PCC 6803, text of the proposition ACI IMPBio.

R. Casey, H. de Jong, J.-L. Gouzé (2004), Piecewise-linear models of genetic regulatory networks: Equilibria and their stability, INRIA RR-5353, submitted for publication.

D. Ropers, H. de Jong, M. Page, D. Schneider, J. Geiselmann (2004), Qualitative simulation of the nutritional stress response in Escherichia coli, INRIA RR-5412, submitted for publication.

H. de Jong, J. Geiselmann (2004), Modélisation et simulation de réseaux de régulation génique par des équations différentielles ordinaires, J.-F. Boulicaut, O. Gandrillon (eds), Informatique pour l'analyse du transcriptome, Hermès, Paris, 143-185.

H. de Jong, J. Geiselmann (2004), Modeling and simulation of genetic regulatory networks by ordinary differential equations, J. Chen, E.R. Dougherty, I. Shmulevich, Z.J. Wang (eds), Genomic Signal Processing and Statistics, Hindawi Publishing Corporation, Sylvania, OH, in press.

Équipes :

1. CEG (Laboratoire Adaptation et Pathogénie des Microorganismes, CNRS UMR 5163, université Joseph Fourier, Grenoble)

Participants au projet : Estelle Crozat, Johannes Geiselmann, Sylvain Lemeille, Nadège Philippe, Dominique Schneider.

Responsable de l'équipe et adresse : Johannes Geiselmann, bâtiment Jean Roget, Faculté de Médecine-Pharmacie, Domaine de la Merci, 38700 La Tronche.
Téléphone : 04 76 63 74 79
Courriel : Hans.Geiselmann@ujf-grenoble.fr
Page web : http://merci-gscol1.ujf-grenoble.fr/ijr/index.php

2. COMORE (INRIA Sophia-Antipolis)

Participants au projet : Olivier Bernard, Richard Casey, Jean-Luc Gouzé.

Chef de projet et adresse : Jean-Luc Gouzé, INRIA Sophia-Antipolis, 2004 route des Lucioles, BP 93, 06902 Sophia-Antipolis CEDEX.
Téléphone : 04 92 38 78 75
Courriel : gouze@sophia.inria.fr
Page web : http://www-sop.inria.fr/comore/COMORE-fra.html

3. HELIX (INRIA Rhône-Alpes)

Participants au projet : Hidde de Jong, Michel Page, Delphine Ropers.

Chef de projet et adresse : François Rechenmann, INRIA Rhône-Alpes, 655 avenue de l'Europe, Montbonnot, 38334 Saint Ismier CEDEX.
Téléphone : 04 76 61 53 65
Courriel : francois.rechenmann@inrialpes.fr
Page web : http://www-helix.inrialpes.fr/

4. LMA (Université de Haute-Alsace, EA 1108, Mulhouse)

Participants au projet : Tewfik Sari.

Chef de projet et adresse : Tewfik Sari, Laboratoire de Mathématiques et Applications, Université de Haute-Alsace, 4 rue des Frères Lumière, 68093, Mulhouse.
Téléphone : 03 89 33 63 47
Courriel : T.Sari@uha.fr
Page web : http://www.math.univ-mulhouse.fr/

5. TOP (Laboratoire Organismes Photosynthétiques et Environnement, CNRS FRE 2433, École Normale Supérieure, Paris)

Participants au projet : Jean-Charles Cadoret, Jean Houmard, Irène Perewoska, Gérald Zebulon.

Responsable de l'équipe et adresse : Jean Houmard, département de biologie, École Normale Supérieure, 46 rue d'Ulm, 75230 Paris Cedex 05.
Téléphone : 01 44 32 35 19
Courriel : jhoumard@biologie.ens.fr
Page web : http://www.biologie.ens.fr/depbio/recherche.php.en

Agenda :

Réunion de démarrage : 19 décembre 2003 (ENS Paris)

Réunion groupe de travail sur l'analyse dynamique de réseaux de régulation biologique : 6-7 mai 2004 (INRIA Grenoble)

Réunion technique : 10-11 juin 2004 (INRIA Sophia-Antipolis)

Réunion technique : 20-21 juillet 2004 (INRIA Grenoble)

Réunion technique : 1 octobre 2004 (INRIA Grenoble)

Réunion technique et réunion générale : 16-17 décembre 2004 (ENS Paris)