Aspects temporel et spatial dans des systèmes de régulation génétique

par Alexandre Cournac

Thèse de doctorat en Interface Physique - Biologie

Sous la direction de Jacques-Alexandre Sepulchre.

Soutenue en 2009

à Paris 7 .


  • Résumé

    Cette thèse s'intéresse à plusieurs aspects concernant la régulation génétique sur les plans théorique et expérimental. Un premier travail théorique qui s'inscrit dans le cadre de la modélisation des systèmes biologiques se propose de trouver des réseaux de régulation simples qui puissent répondre de manière optimale lorsqu'ils sont soumis à une stimulation périodique. Le réseau appelé "Incohérent Feed Forward Loop" s'est avéré présenter la propriété intéressante de laisser passer des trains de puises au profil temporel particulier. Des extensions de ce motif ("Diamond", "Double Diamond". . . ) ont été suggérées pouvant également présenter des propriétés intéressantes pour traiter des signaux plus complexes. Un travail de revue et d'observations concernant les boucles d'ADN est ensuite présenté. Après avoir observé des points communs dans les systèmes de boucle d'ADN déjà connus, nous avons interrogé les bases de données pour savoir quelles étaient les régions de régulation présentant les mêmes caractéristiques. Nous proposons une liste de plusieurs opérons qui mériteraient une démarche expérimentale pour la mise en évidence d'une boucle d'ADN. Un travail expérimental de biologie moléculaire est ensuite présenté. Il s'est attaqué à tester une hypothèse présente dans plusieurs travaux de bioinformatique ou de physique statistique. La question testée est la suivante: est-ce que des facteurs de transcription pourraient se lier à des sites de liaison appartenant non pas à la même région de régulation d'un gène (comme dans le cas de l'opéron lac) mais à des sites de liaison appartenant à des gènes différents? Nous avons testé cette hypothèse sur le système de régulation d'entrée en virulence de la bactérie Erwinia chrysanthemi. Les expériences reproduites et réalisées dans plusieurs conditions physiologiques différentes ont abouti à la conclusion que les régions de régulation supprimées ne semblent pas agir sur d'autres gènes par le mécanisme de boucle d'ADN. Le dernier chapitre propose une méthode expérimentale pour rechercher de telles interactions de façon large dans un génome de bactérie. La méthode est basée sur des techniques de biologie moléculaire couramment utilisées comme la mutagénèse aléatoire ou l'alpha-complémentation. Elle utilise le système enhancer du promoteur de glnA d'Escherichia coli et vise à trouver des interactions 3D significatives entre segments d'ADN au sein d'un génome de procaryote.

  • Titre traduit

    Temporal and spatial considerations in gene regulation Systems


  • Résumé

    This thesis deals with several aspects concerning genetic regulation on theoretical and experimental points of view. A first work in the field of modelisation of biological Systems, proposes to find simple regulatory networks which have the ability to optimise their response when they are submitted to a periodic stimulation. The network called "Incoherent Feed Forward Loop" appeared to have the interesting property to let pass trains of pulses which have a particular temporal pattern. Some extensions of this motif ("Diamond", "Double Diamond". . . ) are proposed to also have interesting properties to process more complex time-dependent signals. Next, a work of review and observation concerning DNA looping is presented. After pointing out some common points in Systems of DNA looping already known, we have examined the data bases to see if other regulatory regions have the same characteristics. We propose a list of several genes which might be good candidates to be regulated thanks to a DNA looping mechanism. An experimental work of molecular biology is then presented. It tackles a hypothesis found in several works from bioinformatics and statistical physics. The question is the following: can transcription factors bind to binding sites belonging not to a unique regulatory region of one gene (like in the lac operon but to binding sites belonging to different genes? We tested this hypothesis on the Pel regulatory System which rules the entry into virulence of the enterobacteria Erwinia chrysanthemi. Experiments reproduced and carried out in various physiological conditions lead to the conclusion that the deleted regulatory regions do not seem to act on other genes by a DNA looping mechanism. The last chapter proposes an experimental method to search for such interactions in a broader way inside a bacterial genome. The method is based on molecular biology techniques commonly used, like the random mutagenesis or alpha-complementation. It uses the enhancer system of the promoter of glnA of Escherichia coli and aims at finding significant 3D interactions between DNA segments in a prokaryote genome.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (IV-132 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 187 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2009) 255
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