Conception d'outils bioinformatiques pour la modélisation de voies métaboliques et de leur régulation

par Pierre-Yves Dupont

Thèse de doctorat en Doctorat d'université (médecine)

Sous la direction de Georges Stepien.

Le jury était composé de Jean-Pierre Mazat, Christophe Haug, Marc Ferrara, Yves-Jean Bignon.

Les rapporteurs étaient Jean-Paul Issartel, Jean-Pierre Mazat.


  • Résumé

    La biologie des systèmes actuelle s’appuie sur des techniques d’analyse biologique à haut débit comme la transcriptomique ou la métabolomique. Cependant, ces techniques haut débit ont leurs limites et peuvent générer des erreurs. En croisant les résultats de différentes techniques d’analyse biologique, nous espérons pallier une partie de leurs limites. À cet effet, nous avons commencé à développer une plateforme de modélisation, MPSA (Metabolic Pathways Software Analyzer), permettant d’intégrer les données générées à des réseaux métaboliques. MPSA permet de représenter les graphes de voies métaboliques, d’effectuer des simulations basées sur la résolution de systèmes d’équations différentielles et d’étudier la structure des réseaux métaboliques par le calcul et la représentation des modes élémentaires. Nous avons développé différentes applications web permettant, d’une part, l’interprétation des résultats biologiques en utilisant des bases de données et, d’autre part, leur export vers MPSA. La base de données centrale de ce développement est myKegg, incluant l’ensemble des voies métaboliques humaines de la base de données publique KEGG ainsi qu’une base de synonymes construite elle aussi à partir de KEGG. Cette base permet d’identifier des voies métaboliques et de les importer dans MPSA. Une base de données de métabolomique, BioNMR, a aussi été construite spécifiquement pour organiser les résultats générés à partir de spectres de RMN. Une autre application web, GeneProm, a été développée pour l’analyse de promoteurs de gènes ou promotologie. Un protocole d’étude a été mis au point et testé sur un groupe de 4 gènes codant pour les isoformes 1 à 4 de la protéine ANT, transporteur mitochondrial d’ATP, chacune ayant un rôle et un profil d’expression spécifique dans la bioénergétique cellulaire. L’étude par promotologie de ces 4 gènes a permis d’identifier des éléments de régulation spécifiques dans leurs séquences promotrices et d’identifier des gènes potentiellement co-régulés. Ces gènes peuvent ensuite être exportés vers notre plateforme MPSA. L’ensemble de ce développement sera inclus au projet de plateforme intégrative de l’Unité de Nutrition Humaine de l’INRA.

  • Titre traduit

    Designing bioinformatic tools to model metabolic pathways and their regulation


  • Résumé

    Current systems biology relies on high-throughput biological analysis techniques such as transcriptomics or metabolomics. However, these techniques may generate errors. By crossing results from different analysis techniques, we hope to avoid at least part of these limits. For that purpose, we started to develop a modeling platform, MPSA (Metabolic Pathways Software Analyzer). MPSA allows integrating biological data on metabolic pathways. MPSA also ensures the display of metabolic pathways graphs, the simulation of models based on ordinary differential equations systems solving and the study of network structures using elementary flux modes. We have developed several web applications allowing on the one hand to interpret biological results by using databases, and on the other hand to export these data to MPSA. The main database of this work is myKegg. It includes all human KEGG metabolic pathways and a list of synonyms for human KEGG entries. This base allows to identify metabolic pathways from a list of biological compounds and to import them in MPSA. Another database, BioNMR, has been developed to organize the data extracted from NMR spectra. Another web application named GeneProm has been developed to analyze gene promoters. A promotology protocol was developed and tested on a set of four genes coding for the four ANT (adenine nucleotide translocator) protein isoforms. Each ANT isoform has a specific expression profile and role in cell bioenergetics. The promotology study of these four genes led us to construct specific regulatory models from identified regulatory elements in their promoter sequence. Potentially co-regulated genes were deduced from these models. Then they can be exported to our MPSA platform. This whole development will be included in the project of Integrative Biology platform in the INRA Human Nutrition Unit.


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