Étude exhaustive de voies de signalisation de grande taille par clustering des trajectoires et caractérisation par analyse sémantique

par Jean Coquet

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Olivier Dameron et de Nathalie Théret.

Soutenue le 20-12-2017

à Rennes 1 , dans le cadre de École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes) , en partenariat avec Universite Bretagne Loire (ComuE) , Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) (laboratoire) , IRISA (laboratoire) et de DYLISS (laboratoire) .


  • Résumé

    Les voies de signalisation décrivent les réponses d'une cellule à des stimuli externes. Elles sont primordiales dans les processus biologiques tels que la différentiation, la prolifération ou encore l'apoptose. La biologie des systèmes tentent d'étudier ces voies de façon exhaustive à partir de modèles statistiques ou dynamiques. Le nombre de solutions expliquant un phénomène biologique (par exemple la réaction d'une cellule à un stimulus) peut être très élevé dans le cas de grands modèles. Cette thèse propose, dans un premier temps, différentes stratégies de regroupement de ces solutions à partir de méthodes de clustering et d'analyse de concepts formels. Puis elle présente la caractérisation de ces regroupements à partir de web sémantique. Ces stratégies ont été appliquées au réseau de signalisation du TGF-beta, un stimulus extra-cellulaire jouant un rôle important dans le développement du cancer, ce qui a permis d'identifier cinq grands groupes de trajectoires participant chacun à des processus biologiques différents. Dans un second temps, cette thèse se confronte au problème de conversion des données hétérogènes provenant de différentes bases dans un formalisme unique afin de pouvoir généraliser l'étude précédente. Elle propose une stratégie permettant de regrouper les différents réseaux de signalisation provenant d'une base de données en un modèle unique et ainsi permettant de calculer toutes les trajectoires de signalisation d'un stimulus.

  • Titre traduit

    Comprehensive study of large signaling pathways by clustering trajectories and characterization by semantic analysis


  • Résumé

    Signaling pathways describe the extern stimuli responses of a cell. They are indispensable in biological processes such as differentiation, proliferation or apoptosis. The Systems Biology tries to study exhaustively the signalling pathways using static or dynamic models. The number of solutions which explain a biological phenomenon (for example the stimulus reaction of cell) can be very high in large models. First, this thesis proposes some different strategies to group the solutions describing the stimulus signalling with clustering methods and Formal Concept Analysis. Then, it presents the cluster characterization with semantic web methods. Those strategies have been applied to the TGF-beta signaling network, an extracellular stimulus playing an important role in the cancer growing, which helped to identify 5 large groups of trajectories characterized by different biological processes. Next, this thesis confronts the problem of heterogeneous data translation from different bases to a unique formalism. The goal is to be able to generalize the previous study. It proposes a strategy to group signaling pathways of a database to an unique model, then to calculate every signaling trajectory of the stimulus.


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