Mécanique statistique et modélisation de séquences biologiques avec application à la maturation d'affinité des anticorps.

par Marco Molari

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Simona Cocco et de Rémi Monasson.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris) , en partenariat avec LABORATOIRE DE PHYSIQUE STATISTIQUE DE L'E.N.S. (laboratoire) et de Ecole normale supérieure (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2016 .


  • Résumé

    Le projet se concentre sur la compréhension et la modélisation du processus de maturation d'affinité des anticorps, en particulier sur sa dépendance à la quantité d'antigène injecté et sur le protocole d'immunisation utilisé. Nous introduisons d'abord une version simple du modèle qui peut être traitée analytiquement. Le modèle peut être étudié asymptotiquement a temps infini par une équation aux valeurs propres, dont la solution divise le comportement du système en trois phases différentes en fonction de la concentration d'antigène. En particulier, nous trouvons une phase optimale à concentration intermédiaire à laquelle la pression de sélection est suffisamment forte pour entraîner une amélioration de l'affinité, mais en même temps pas suffisamment forte pour provoquer l'extinction de la population de cellules B. Ensuite, nous modifions le modèle en introduisant une dynamique pour la variation de la concentration d'antigènes au fil du temps et une description plus détaillée de l'interaction entre les cellules T et B. Ce modèle plus complexe permet de tester différents systèmes de vaccination, où la quantité d'antigène et le calendrier des injections varient. Il est également capable de reproduire certaines caractéristiques des expériences, telles que l'existence d'un dosage optimal pour la production d'anticorps à haute affinité.

  • Titre traduit

    Statistical mechanics and modeling of biological sequences with application to antibody affinity maturation.


  • Résumé

    The project is focused on understanding and modeling the process of antibody affinity maturation, especially its dependence on the amount of antigen injected and the immunization protocol used. We first introduce a simple version of the model which can be treated analytically. The model can be studied asymptotically in time through an eigenvalue equation, whose solution splits the behavior of the system in three different phases according to antigen concentration. In particular we find an optimal phase at intermediate concentration at which selection pressure is strong enough to result in affinity improvement, but at the same time not strong enough to cause B-cell population extinction. Then we modify the model introducing a dynamics for the variation of antigen concentration over time and a more microscopically plausible mechanism for deliver of survival signal from T-cells. This more complex model allows for testing of different immunization schemes, where both the amount of antigen and the immunization schedule vary. It is also able to reproduce some features of experiments, such as the existence of an optimal dosage for the production of high affinity antibodies.