Modélisation et estimation du trafic intracellulaire par tomographie de réseaux et microscope de fluorescence

Modelisation and estimation of intracellular trafficking by network tomography and fluorescence video-microscopy

• Auteur / Autrice : Thierry Pécot
• Direction : Charles Kervrann, Jean Salamero
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement du signal et télécommunications
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie quadridimensionnelle en biologie

Simulation, Méthodes de

Estimation, Théorie de l'

Microscopie de fluorescence

Traitement d'images

Résumé

Cette thèse traite de l’analyse et de la simulation du trafic vésiculaire sur des séquences d’images de microscopie de fluorescence. À contre-courant des approches habituelles exploitant un suivi individuel des vésicules, nous avons développé une approche globale (tomographie de réseaux) inspirée de travaux antérieurs sur l’analyse du trafic routier et l’analyse du trafic sur des réseaux de télécommunications. Cette approche repose sur l’utilisation de comptages locaux de vésicules couplés à une procédure de routage qui permettent d’estimer les trajectoires globales des vésicules sur l’ensemble d’une séquence d’images. Contrairement aux précédentes applications de la tomographie de réseaux, les comptages et le routage sont également des inconnues du problème. Afin de mesurer les comptages locaux de vésicules, nous avons développé une méthode de séparation des composantes “objet” et “fond” dans des séquences de microscopie de fluorescence. Cette méthode exploite un terme de détection non local reposant sur la similarité entre motifs de l’image et utilise la composante “fond” estimée comme “référence” pour améliorer la détection des vésicules. Par ailleurs, la procédure de routage dépend des données observées. Dans le cas de l’estimation du trafic, le routage est établi à partir du comptage des vésicules ; dans le cas de simulations, le routage est contrôlé par l’utilisateur. La génération de séquences synthétiques a permis d’évaluer quantitativement la méthode d’estimation du trafic vésiculaire. Cette méthode a également été évaluée sur des séquences d’images réelles de microscopie dans le cadre d’une étude précise sur le transport membranaire et le trafic vésiculaire régulé par des isoformes de la protéine Rab6.

This thesis presents a new method for analyzing and simulating vesicular trafficking in fluorescence video-microscopy. Instead of tracking each individual vesicle, we have developed a global approach (network tomography) that is inspired from previous works on road traffic analysis and network telecommunication traffic analysis. This approach makes use of local countings of vesicles and a routing procedure to recover the global trajectories of vesicles on a whole image sequence. Contrary to the previous applications of network tomography, the local countings and the routing are also unknown in our case. In order to measure local countings of vesicles, we have developed a method for object and background estimation in fluorescence video-microscopy. This method exploits a non local detection term based on the similarity between image patches and considers the estimated background component as a reference to improve the detection. The routing procedure depends on vesicle countings for the traffic analysis, and is controlled by the user for the simulations. The generated synthetic image sequences enabled to evaluate quantitatively the vesicular trafficking estimation method. This method was also tested on real image sequences in the context of a study on the membranar transport and vesicular trafficking regulated by Rab6 isoforms.