Représentation des interactions protéine/protéine dans la cadre d'une méthode de modélisation de réseaux géniques

Il est communément accepté que la plupart des propriétés intéressantes d'un organisme biologique émerge des interactions entre ses gènes, protéines, molécules messagères et autres constituants. En général, les interactions entre gènes sont complexes, faisant souvent intervenir des boucles de rétroactions positives et négatives. La simple juxtaposition de ces interactions ne permet pas de connaitre les propriétés globales des systèmes étudiés. Il est alors necessaire d'intégrer ces données dans un formalisme permettant la simulation du comportement dynamique du réseau d'interactions considéré. Dans ce contexte, une méthode de simulation et un outil informatique (GNA) basé sur cette méthode, ont étés développés au sein de l'équipe HELIX. Cette méthode a été développée dans le but d'analyser un certain type de réseaux de gènes, ne contenant que des interactions ADN/protéine. Nous montrerons qu'il est également possible d'utiliser cette méthode pour analyser un autre type de réseaux de gènes, contenant également des interactions protéine/protéine. L'analyse d'un système de régulation complexe faisant intervenir ces deux types d'interactions, concernant l'initiation de la sporulation chez B. subtilis, a été réalisée

Réseaux de régulation chez Escherichia coli

L'adaptation d'une bactérie aux changements de son environnement est contrôlée par un réseau de régulation large et complexe, faisant intervenir de nombreux acteurs et modules différents. Dans ce travail, nous avons étudiés un module de régulation spécifique, contrôlant l'adaptation de la bactérie Escherichia coli à un changement de sources de carbone. Dans un milieu contenant du glucose et de l'acétate, la croissance est divisée en deux phases : les bactéries utilisent préférentiellement le glucose et commencent à métaboliser l'acétate qu'après l'épuisement du glucose. En effet, la présence du glucose réprime la transcription d'un gène nécessaire à la croissance sur acétate, le gène acs (codant pour l'acétyl-CoA synthétase). Le mécanisme régulateur fait intervenir le facteur de transcription Crp-AMPc et le système de transfert de phosphate (PTS), qui permet l'import du glucose. Plusieurs modèles décrivent en détail la cascade de réactions moléculaires à l'origine de cette répression catabolique . Cependant, certaines de nos observations expérimentales ne sont pas correctement prédites par les modèles actuels. Ces modèles doivent être révisés ou complétés. L'outil majeur que nous employons pour les expériences est la fusion transcriptionnelle : une région promotrice fusionnée en amont d'un gène rapporteur (GFP, luciferase). Avec ces constructions, nous mesurons la dynamique de l'expression génique dans différentes souches (mutants) et différentes conditions environnementales. Les observations à l'échelle de la population sont corroborées par des mesures similaires à l'échelle de la cellule unique. Nous utilisons cette même technologie pour construire de petits systèmes synthétiques qui sondent davantage le phénomène de répression catabolique. Nous avons ainsi créé un interrupteur génétique dont le fonctionnement est contrôlé par le flux glycolytique et nous avons construit un petit système de communication intercellulaire basé sur la molécule AMPc. Enfin, nous proposons une manière originale de mesurer l'état métabolique des cellules en utilisant la dépendance énergétique de la luciferase.The adaptation of bacteria to changes in their environment is controlled by a large and complex regulatory network involving many different actors and modules. In this work, we have studied a specific module controlling the adaptation of Escherichia coli to a change in carbon sources. In a medium containing glucose and acetate, growth is divided into two phases : the bacteria preferentially use glucose and start to metabolize acetate only after glucose exhaustion. Indeed, the presence of glucose represses the transcription of a gene needed for growth on acetate : the acs gene (coding for acetyl-CoA synthetase). The regulatory mechanism involves the Crp-cAMP regulator and the phosphate transfer system (PTS), which is responsible for glucose import. Several models describe the cascade of molecular reactions responsible for this catabolite repression . However, our work shows that many of our experimental observations are incorrectly predicted by current models. These models have to be amended.We use transcriptional fusion, i.e., the fusion of a promoter region upstream of a reporter gene (GFP, luciferase), to measure the dynamics of gene expression in different genetic backgrounds and environmental conditions. Observations at the population level are corroborated by similar measurements at the single cell level. We use this same technology to construct small synthetic systems that probe further aspects of the phenomenon of catabolite repression. We have thus created a genetic toggle switch controlled by the glycolytic flux and we have built an inter-cellular communication system mediated by cAMP. Finally, we propose a novel way to measure the metabolic state of cells by using the energy dependence of the luciferase enzyme.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Modélisation de réseaux biochimiques bactériens – Un aller-retour entre données et modèles

With the advent of new technologies, experimental data in biology has exploded in size and complexity. It is now possible to simultaneously quantify different components of the cell at metabolic, transcriptomic, proteomic, and phenotypic levels. Connecting these different multi-scale and dynamic datasets provides an integrated view of cellular growth and informs us about the underlying molecular networks of genes, RNAs, proteins and metabolites that control the adaptation of the cell to the environment. This is the perspective offered by math-ematical modelling and computer simulation, allowing the association of different microscopic and macroscopic scales. This is a difficult problem however, because of the noise and the heterogeneity of the data, and of the size and the nonlinearity of the models. As a consequence, a large number of datasets are only partially analysed and underexploited. This manuscript describes the work I have carried out to improve the utilization of experimental data to gain a better understanding of the adaptation of bacterial growth to a changing environment. This work has been carried out within the Ibis project-team (Inria, Université Grenoble Alpes) with my colleagues, especially the students that I have had the chance to supervise. After the introductory Chapter 1, I describe in Chapter 2 the modelling of cellular networks using ordinary differential equations as well as simplification and approximation of the models depending on the nature of the available data and the questions addressed. These principles are applied in Chapter 3 to the qualitative analysis of the dynamics of gene networks in the context of the carbon starvation response in Escherichia colibacteria. With the general trend of biology becoming increasingly quantitative, modelling studies require obtaining reliable gene expression and metabolomic data, the analysis of which requires the development of suitable methods described in Chapter 4. Chapter 5 examines the strong link between the activity of the cellular gene expression machinery and bacterial growth rate. This understanding is used to develop a synthetic strain of E. coliwhose growth control makes it possible to divert the flow of precursors for growth towards the bioproduction of molecules of biotechnological interest. In Chapter 6, large-scale reconstructions of central carbon metabolism are used as platforms to interpret datasets regarding the post-transcriptional regulation of central carbon metabolisminE. coli. Chapter 7 is dedicated to the genome-scale analysis of mRNA decay by means of dynamic transcriptomics data. I describe in Chapter 8 ongoing and future projects towards the integrative analysis of microbial growth and resource allocation strategies. The scientific developments of these projects are expected to shape my own research activity in the coming years and that of the future project-team, under creation, that I will lead.Avec l’arrivée des nouvelles technologies, les données expérimentales en biologie ont explosé en taille et complexité. Il est désormais possible de quantifier en même temps différents composants de la cellule au niveau métabolique, transcriptomique, protéomique et de caractéristiques phénotypiques comme le taux de croissance. Relier ces différents jeux de donnée smulti-échelles et dynamiques permet d’obtenir une vision intégrée de la croissance cellulaire,en nous renseignant sur la façon dont les réseaux moléculaires sous-jacents de gènes, ARN,protéines et métabolites contrôlent l’adaptation des cellules à leur environnement. C’est le cadre qu’offrent la modélisation mathématique et la simulation informatique, en permettant d’associer les différentes échelles microscopiques et macroscopiques. C’est cependant un problème difficile, du fait du bruit et de l’hétérogénéité des données d’une part, et de la taille et la forme non-linéaire des modèles d’autre part. La conséquence est qu’un grand nombre de jeux de données ne sont que partiellement analysés et sous-exploités.Ce manuscrit décrit les travaux que j’ai menés pour améliorer l’utilisation de données expérimentales afin d’obtenir une meilleure compréhension de l’adaptation de la croissance bactérienne à un environnement changeant. Ces travaux ont été menés au sein de l’équipe-projet Ibis (Inria, Université Grenoble Alpes) avec mes collègues, en particulier les étudiants que j’ai eu la chance d’encadrer. Après un premier chapitre d’introduction, je décris en chapitre 2 les concepts de base de la modélisation des réseaux biochimiques. Je détaillerai en particulier les reconstructions du métabolisme cellulaire à l’échelle du génome et la modélisation cinétique des réactions enzymatiques, dont les concepts sont utilisés dans plusieurs travaux présentés dans ce manuscrit. La grande dimension et non linéarité des modèles cinétiques complique l’estimation de leurs paramètres et l’analyse de leur dynamique. Je présenterai des travaux sur des simplifications appropriées pour ces modèles selon la nature des données à disposition et les questions abordées, comme la réduction de modèles d’équations différentielles ordinaires (ODE) par séparation des échelles de temps ou l’approximation des modèles ODE par des modèles linéaires par morceaux. Du fait de leur dérivation rigoureuse, les modèles simplifiés retiennent les principales caractéristiques des modèles ODE. Ces approches seront utilisées pour les différents modèles dynamiques présentés dans ce manuscrit. Dans le chapitre 3, je présente des travaux d’analyse de la dynamique d’un réseau de régulation génique contrôlant la réponse à la privation en carbon de la bactérie Escherichiacoli. Lors de ces travaux, l’absence de données quantitatives dans la littérature ne permettait pas d’utiliser un modèle ODE pour décrire la dynamique du système. J’ai plutôt analysé la dynamique d’une version linéaire par morceaux de ce modèle par une approche de modélisation et simulation qualitative. Je décrirai le principe de cette approche avec un exemple simple et son application à l’étude du réseau de la réponse au manque de source de carbone. Cette approche a permis pour la première fois de relier la croissance d’E. coliavec les principaux régulateurs transcriptionnels de la bactérie, et de comprendre les cascades de régulations mises en place lors de la réponse à une privation en glucose ou du rédémarrage de croissance sur ce sucre.L’évolution de la biologie en une science quantitative permet d’obtenir de nombreusesviidonnées d’expression génique et du métabolisme cellulaire. La fiabilité de ces données nécessite le développement de méthodes d’analyse adaptées décrites dans le chapitre 4. Je décrirai des travaux sur l’analyse de données de gènes rapporteurs et l’analyse de données de métabolomique afin de pouvoir reconstruire des profils d’activités de promoteurs et de concentrations de protéines dans le premier cas, et des vitesses d’import et secrétion de métabolites extracellulaires,ainsi que des taux de croissance dans le second cas. Les données quantitatives utilisées dans le reste du manuscrit ont été analysées grâce à ces approches. Le chapitre 5 s’intéresse au lien étroit entre activité de la machinerie cellulaire d’expression génique et taux de croissance bactérien. A l’aide de modèles simples intégrant des données expérimentales de gènes rapporteurs, nous montrons le rôle clé joué par la machinerie d’expression génique dans l’adaptation globale de l’expression des gènes au cours de la croissance. Ces travaux montrent que le fonctionnement des réseaux biochimiques ne peut être déconnecté de l’état physiologique de la cellule. Cette compréhension est utilisée pour l’ingénierie d’une souched’E. colisynthétique dont le contrôle de la croissance permet de divertir les flux de précurseurs pour la croissance vers la bioproduction de molécules d’intérêt biotechnologique. Dans le chapitre 6, de grandes reconstructions du métabolisme et différents jeux de données (métabolomique, activités spécifiques) sont utilisées pour étudier la régulation post-transcriptionnelle du métabolisme central carboné chezE. coli. Ces travaux ont permis d’expliquer les conséquences physiologiques de l’atténuation du gène de la protéine CsrA et d’identifier des ARNm cibles de cette protéine. Nous avons en outre pu montrer que chezE. coliégalement, le glycogène joue un rôle de stockage de sucre qui sert de source d’énergie pour faciliter la transition de la croissance bactérienne d’une source de carbone à une autre.Le chapitre 7 s’intéresse à la dégradation de l’ensemble des ARNm d’E. coli. Je décrirai le développement d’un modèle simple reposant sur des approches de quasi-équilibre et permettant de prédire la cinétique de dégradation de chacun des ARNm cellulaires de la bactérieE. coli. Nous avons pu formuler de nouvelles hypothèses sur le rôle possible de la compétition entre ARNm pour leur fixation au dégradosome lors de l’adaptation de la croissance bactérienne à des changements environnementaux. Nous montrons également que ce mécanisme de compétition joue un rôle physiologique grâce à une approche de modélisation non linéaire à effets mixtes utilisant le modèle mécanistique de la dégradation des ARNm et des jeux de données de transcriptomique dynamique mesurant la cinétique de disparition des ARNm cellulaires.Le chapitre 8 est dédié à des projets en cours et futurs sur l’analyse intégrative de la croissance microbienne et les stratégies d’allocation de ressources des bactéries. Les travaux menés dans le cadre de ces projets vont définir mon activité scientifique dans les années à venir et celle de la future équipe-projet, en cours de création, dont je prendrai la direction

Méthode et complexité en bioéthique : une lecture de trois enjeux à la lumière des écrits d'Edgar Morin

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal

Les implications éthiques de l'identification d'une prédisposition génétique à une maladie commune multifactorielle : l'exemple de l'hypercholestérolémie familiale

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal

Invalidation du gène codant pour la Heat shock protein 27 chez la souris : un modèle pour comprendre le rôle de ce bio-marqueur de la tendreté de la viande bovine

Thanks to genomics, we have previously identified markers of beef tenderness, and computed a bioinformatic analysis that enabled us to build an interactome in which we found Hsp27 at a crucial node. Understanding the role of Hsp27 in the development of muscle and in the determinism of beef tenderness is one of the research challenges in meat production. In this context, my pHDthesis (2010-2013) aimed to analyze the role of Hsp27 in muscle development and its involvement in the determination of the characteristics related to the quality of the meat tissue.In this study, we generated mice devoid of Hsp27 protein by homologous recombination of the HspB1 gene as an animal model. The HspB1-/ - mice were viable and fertile, showing no apparent abnormality but a smaller than their control format. The muscle structure of animals was examined by optical microscopy and transmission electron microscopy. The first approach, made by a developed immunohistochemical classification (Publication 1), did not reveal any differences in the characteristics of muscle fibers (contractile and metabolic type, shape, perimeter, cross-sectional area) but a trend for a higher proportion of small fibers. Different myosin heavy chains electrophoretic profiles were also observed in HspB1-/- mice. At the ultrastructural level, examination of the myofibrillar material showed destructured myofibrils and higher gaps between myofibrils in HspB1-/-, and a greater disintegration of myofibrils at 72h postmortem (Publication 2).We have used a network-based approach for understanding the contribution of Hsp27 to tenderness through the prediction of its interactors related to tenderness. We have revealed the direct interactors of Hsp27. The predicted partners of Hsp27 included proteins involved in different functions e.g. members of Hsp families, regulators of apoptosis, translation factors, cytoskeletal proteins and antioxidants. The abundances of 15 proteins were quantified by Western blotting in two muscles of HspB1-null mice and their controls. We observed changes in the amount of most of the Hsp27 predicted targets in mice devoid of Hsp27 mainly in the most oxidative muscle (Soleus. Our study demonstrates the functional links between Hsp27 and its predicted targets. It suggests that Hsp status, apoptotic processes and protection against oxidative stress are crucial for post-mortem muscle metabolism, subsequent proteolysis, and therefore for beef tenderness (Publication 3).To complete this study, we performed a proteomic analysis of m. Tibialis anterior (glycolytic muscle), using 2D gel electrophoresis, to detect changes in protein abundance subsequent to the invalidation of HspB1 gene. This study confirms the muscle specific effect of HspB1 invalidation and reveals a new list of Heat shock proteins different from those highlighted in oxidative muscle and relationships with calcium (Publication 4).All together, these results provided from a model species showed the very important role of Hsp27 for muscle ultrastructure and revealed its implication in different muscle biological pathways. This provided new elements for understanding the crucial role for Hsp27 in the modulation of the tenderizing process of muscle during meat ageing that will be further examined in beef.La recherche des marqueurs biologiques de la tendreté a fait l’objet de nombreux travaux chez les animaux producteurs de viande et en particulier les bovins. A l’issue de ces études, une expression différentielle de la protéine Hsp27 entre des groupes de tendreté extrême a été mise en évidence. Cette protéine est présente à un « carrefour » biologique de l’interactome lié à la tendreté. Comprendre les mécanismes d’action de la protéine Hsp27 dans la tendreté de la viande bovine est l'un des défis de recherche dans le domaine de la production de viande. Dans cette optique, mon travail de thèse (2010-2013) avait pour objectif d’analyser le rôle de Hsp27 dans le développement du muscle et son implication dans le déterminisme des caractéristiques des tissus liés à la qualité de la viande.La première étape de ce travail a consisté à produire un modèle de souris présentant une inactivation du gène de la protéine Hsp27 (KO HspB1) et d’analyser leur phénotype comparativement à des témoins. Les souris KO HspB1 sont viables, fertiles et ne présentent aucune anomalie majeure, mais ont un format plus petit que celui de leurs témoins. L’analyse de leurs caractéristiques musculaires par une technique immunohistoligique mise au point spécifiquement (Publication 1) n’a pas révélé de différences. Au niveau ultrastructural, l'observation du muscle des souris par microscopie électronique à transmission a révélé des différences ultrastructurales entre les deux génotypes à T0 post-mortem avec des écarts entre les myofibrilles très espacées chez les souris KO HspB1 et un appareil contractile musculaire moins organisé. Ces différences sont encore plus marquées à T72 heures post-mortem. Ainsi le phénotype musculaire fin des souris KO HspB1 est plus altéré (Publication 2). Une analyse bio-informatique a été réalisée dans l'objectif de compléter la liste des interacteurs de la protéine Hsp27 et des gènes cibles de l’invalidation d’HspB1 susceptibles de participer à des différences de structure du muscle et de la tendreté. Les partenaires ou cibles prédits de Hsp27 sont des protéines impliquées dans différentes fonctions, comme des Heat shock proteines, des régulateurs de l'apoptose, des facteurs de traduction, des protéines du cytosquelette et des antioxydants. Les abondances de 15 protéines ont été quantifiées par Western-bloting dans deux muscles (m. Soleus, m. Tibialis). Elles sont modifiées chez les souris dépourvues de Hsp27 principalement dans le muscle le plus oxydatif. Cette étude démontre l'existence de liens fonctionnels entre Hsp27 et ses cibles prédites qui pourraient participer au phénotype fin des souris (Publication 3).Pour compléter cette étude, une analyse protéomique du muscle Tibialis anterior a été menée en utilisant la technique d’électrophorèse bidimensionnelle couplée à la spectrométrie de masse. La comparaison des protéomes spécifiques de ces deux génotypes a permis de mettre en évidence des profils d’expression différents pour plusieurs protéines. Elle confirme l’effet muscle spécifique du KO et révèle un lien avec le métabolisme du calcium et des Hsps différentes de celles mises en évidence dans le muscle oxydatif (Publication 4).L'ensemble des données issues de cette étude réalisée dans une espèce modèle apporte des connaissances nouvelles susceptibles d’éclairer sur les mécanismes moléculaires impliqués dans l’établissement de la tendreté de la viande bovine. Elle suggère que le statut en Hsp, les processus apoptotiques et la protection contre le stress oxydatif contribuent à l'évolution de l'ultrastructure post-mortem des muscles et à la tendreté de la viande. Ces nouvelles connaissances seront validées ultérieurement sur muscle bovin

Elaboration d'un score de vieillissement : propositions théoriques

Ageing is nowadays a major public health problem. Its description remains complex, both individual and collective conceptualization being interlaced with a strong subjective dimension. Health professionals are increasingly required to integrate ageing and prevention into their thought and to create adapted protocol and new tools. Ageing characterizes unavoidable changes in the body. It is usually measured by the age dependent on time and called “chronological age”. However, the criterion « chronological age » reflects imperfectly the actual ageing of the body depending on many individual factors. Also, this criterion has for a long time been replaced by another composite criterion called « biological age » supposed to better reflect the ageing process. In order to build a score of ageing adapted to general practice, a new methodology is proposed suitable for general practitioners. First of all, a first phase of this work consisted in a qualitative and quantitative survey conducted among general practitioners in France. This survey was done to obtain data on the use of predictive scores by general practitioners in their daily practice and their appropriateness, as well as to know the reasons of their non-utilization. Results showed that predictive scores are useful tools in daily practice to target a complex systemic approach insofar as they are simple to use (few items, items suitable for general practice) and their scientific validity is easily understood. In addition, patient’s age has been cited as a major criterion influencing general practitioners use of a predictive score. Results of this first phase have been used to propose a model of biological ageing, with reflexion on mathematical model as well as on component variables of this model. A selection of variables as markers of ageing was carried out from a review of the literature, taking into account their capacity of integration in general practitioners’ daily practice. This selection was completed by a mathematical approach based on an ascending process on a regression model. A control sample, assumed to be "normal ageing" on the basis of current knowledge in general medicine, was then used. This sample was first carried out from a review of the literature and then from a K-means method that classified this sample into several groups. The statistical dependence of measured variables was modeled by a Gaussian copula (taking into account only linear correlations of pairs). A standardized biological age was defined explicitly from these correlation coefficients. The tails of marginal distribution (method of excess) were estimated to enhance the discriminating power of the model. Results suggest interesting possibilities for a biological ageing calculation, and the predictive score they provide, suitable for general practitioners’ daily practice. Its validation by a morbidity and mortality survey will constitute the final phase of this workLe vieillissement fait actuellement l’objet de toutes les attentions, constituant en effet un problème de santé publique majeur. Sa description reste cependant complexe en raison des intrications à la fois individuelles et collectives de sa conceptualisation et d’une dimension subjective forte. Les professionnels de santé sont de plus en plus obligés d’intégrer cette donnée dans leur réflexion et de proposer des protocoles de prise en charge adaptés. Le vieillissement est une évolution inéluctable du corps dont la quantification est établie par l’âge dépendant du temps dit « chronologique ». Ce critère âge est cependant imparfait pour mesurer l’usure réelle du corps soumise à de nombreux facteurs modificateurs dépendant des individus. Aussi, partant de réflexions déjà engagées et consistant à substituer cet âge chronologique par un critère composite appelé « âge biologique », aboutissant à la création d’un indicateur ou score de vieillissement et sensé davantage refléter le vieillissement individuel, une nouvelle méthodologie est proposée adaptée à la pratique de médecine générale. Une première phase de ce travail a consisté à sonder les médecins généralistes sur leur perception et leur utilisation des scores cliniques en pratique courante par l’intermédiaire d’une enquête qualitative et quantitative effectuée en France métropolitaine. Cette étude a montré que l’adéquation entre l’utilisation déclarée et la conception intellectualisée des scores restait dissociée. Les scores constituent un outil d’aide à la prise en charge utile pour cibler une approche systémique souvent complexe dans la mesure où ils sont simples à utiliser (peu d’items et items adaptés à la pratique) et à la validité scientifiquement comprise par le médecin. Par ailleurs, l’âge du patient a été cité comme un élément prépondérant influençant le choix adéquat du score par le médecin généraliste. Cette base de travail a donc servi à proposer une modélisation de l’âge biologique dont la réflexion a porté tant sur le choix du modèle mathématique que des variables constitutives de ce modèle. Une sélection de variables marqueurs du vieillissement a été effectuée à partir d’une revue de la littérature et tenant compte de leur possible intégration dans le processus de soin en médecine générale. Cette sélection a été consolidée par une approche mathématique selon un processus de sélection ascendant à partir d’un modèle régressif. Une population dite « témoin » au vieillissement considéré comme normal a été ensuite constituée servant de base comparative au calcul de l’âge biologique. Son choix a été influencé dans un premier temps par les données de la littérature puis secondairement selon un tri par classification utilisant la méthode des nuées dynamiques. Un modèle de régression linéaire simple a ensuite été construit mais avec de données normalisées selon la méthode des copules gaussiennes suivi d’une étude des queues de distribution marginales. Les résultats ainsi obtenus laissent entrevoir des perspectives intéressantes de réflexion pour approfondir le calcul d’un âge biologique et du score en découlant en médecine générale, sa validation par une étude de morbidité constituant l’étape ultime de ce travai

Elaboration d'un score de vieillissement (propositions théoriques)

Le vieillissement fait actuellement l objet de toutes les attentions, constituant en effet un problème de santé publique majeur. Sa description reste cependant complexe en raison des intrications à la fois individuelles et collectives de sa conceptualisation et d une dimension subjective forte. Les professionnels de santé sont de plus en plus obligés d intégrer cette donnée dans leur réflexion et de proposer des protocoles de prise en charge adaptés. Le vieillissement est une évolution inéluctable du corps dont la quantification est établie par l âge dépendant du temps dit chronologique . Ce critère âge est cependant imparfait pour mesurer l usure réelle du corps soumise à de nombreux facteurs modificateurs dépendant des individus. Aussi, partant de réflexions déjà engagées et consistant à substituer cet âge chronologique par un critère composite appelé âge biologique , aboutissant à la création d un indicateur ou score de vieillissement et sensé davantage refléter le vieillissement individuel, une nouvelle méthodologie est proposée adaptée à la pratique de médecine générale. Une première phase de ce travail a consisté à sonder les médecins généralistes sur leur perception et leur utilisation des scores cliniques en pratique courante par l intermédiaire d une enquête qualitative et quantitative effectuée en France métropolitaine. Cette étude a montré que l adéquation entre l utilisation déclarée et la conception intellectualisée des scores restait dissociée. Les scores constituent un outil d aide à la prise en charge utile pour cibler une approche systémique souvent complexe dans la mesure où ils sont simples à utiliser (peu d items et items adaptés à la pratique) et à la validité scientifiquement comprise par le médecin. Par ailleurs, l âge du patient a été cité comme un élément prépondérant influençant le choix adéquat du score par le médecin généraliste. Cette base de travail a donc servi à proposer une modélisation de l âge biologique dont la réflexion a porté tant sur le choix du modèle mathématique que des variables constitutives de ce modèle. Une sélection de variables marqueurs du vieillissement a été effectuée à partir d une revue de la littérature et tenant compte de leur possible intégration dans le processus de soin en médecine générale. Cette sélection a été consolidée par une approche mathématique selon un processus de sélection ascendant à partir d un modèle régressif. Une population dite témoin au vieillissement considéré comme normal a été ensuite constituée servant de base comparative au calcul de l âge biologique. Son choix a été influencé dans un premier temps par les données de la littérature puis secondairement selon un tri par classification utilisant la méthode des nuées dynamiques. Un modèle de régression linéaire simple a ensuite été construit mais avec de données normalisées selon la méthode des copules gaussiennes suivi d une étude des queues de distribution marginales. Les résultats ainsi obtenus laissent entrevoir des perspectives intéressantes de réflexion pour approfondir le calcul d un âge biologique et du score en découlant en médecine générale, sa validation par une étude de morbidité constituant l étape ultime de ce travailAgeing is nowadays a major public health problem. Its description remains complex, both individual and collective conceptualization being interlaced with a strong subjective dimension. Health professionals are increasingly required to integrate ageing and prevention into their thought and to create adapted protocol and new tools. Ageing characterizes unavoidable changes in the body. It is usually measured by the age dependent on time and called chronological age . However, the criterion chronological age reflects imperfectly the actual ageing of the body depending on many individual factors. Also, this criterion has for a long time been replaced by another composite criterion called biological age supposed to better reflect the ageing process. In order to build a score of ageing adapted to general practice, a new methodology is proposed suitable for general practitioners. First of all, a first phase of this work consisted in a qualitative and quantitative survey conducted among general practitioners in France. This survey was done to obtain data on the use of predictive scores by general practitioners in their daily practice and their appropriateness, as well as to know the reasons of their non-utilization. Results showed that predictive scores are useful tools in daily practice to target a complex systemic approach insofar as they are simple to use (few items, items suitable for general practice) and their scientific validity is easily understood. In addition, patient s age has been cited as a major criterion influencing general practitioners use of a predictive score. Results of this first phase have been used to propose a model of biological ageing, with reflexion on mathematical model as well as on component variables of this model. A selection of variables as markers of ageing was carried out from a review of the literature, taking into account their capacity of integration in general practitioners daily practice. This selection was completed by a mathematical approach based on an ascending process on a regression model. A control sample, assumed to be "normal ageing" on the basis of current knowledge in general medicine, was then used. This sample was first carried out from a review of the literature and then from a K-means method that classified this sample into several groups. The statistical dependence of measured variables was modeled by a Gaussian copula (taking into account only linear correlations of pairs). A standardized biological age was defined explicitly from these correlation coefficients. The tails of marginal distribution (method of excess) were estimated to enhance the discriminating power of the model. Results suggest interesting possibilities for a biological ageing calculation, and the predictive score they provide, suitable for general practitioners daily practice. Its validation by a morbidity and mortality survey will constitute the final phase of this workST ETIENNE-Bib. électronique (422189901) / SudocSudocFranceF

Elaboration d'un score de vieillissement (propositions théoriques)

Le vieillissement fait actuellement l objet de toutes les attentions, constituant en effet un problème de santé publique majeur. Sa description reste cependant complexe en raison des intrications à la fois individuelles et collectives de sa conceptualisation et d une dimension subjective forte. Les professionnels de santé sont de plus en plus obligés d intégrer cette donnée dans leur réflexion et de proposer des protocoles de prise en charge adaptés. Le vieillissement est une évolution inéluctable du corps dont la quantification est établie par l âge dépendant du temps dit chronologique . Ce critère âge est cependant imparfait pour mesurer l usure réelle du corps soumise à de nombreux facteurs modificateurs dépendant des individus. Aussi, partant de réflexions déjà engagées et consistant à substituer cet âge chronologique par un critère composite appelé âge biologique , aboutissant à la création d un indicateur ou score de vieillissement et sensé davantage refléter le vieillissement individuel, une nouvelle méthodologie est proposée adaptée à la pratique de médecine générale. Une première phase de ce travail a consisté à sonder les médecins généralistes sur leur perception et leur utilisation des scores cliniques en pratique courante par l intermédiaire d une enquête qualitative et quantitative effectuée en France métropolitaine. Cette étude a montré que l adéquation entre l utilisation déclarée et la conception intellectualisée des scores restait dissociée. Les scores constituent un outil d aide à la prise en charge utile pour cibler une approche systémique souvent complexe dans la mesure où ils sont simples à utiliser (peu d items et items adaptés à la pratique) et à la validité scientifiquement comprise par le médecin. Par ailleurs, l âge du patient a été cité comme un élément prépondérant influençant le choix adéquat du score par le médecin généraliste. Cette base de travail a donc servi à proposer une modélisation de l âge biologique dont la réflexion a porté tant sur le choix du modèle mathématique que des variables constitutives de ce modèle. Une sélection de variables marqueurs du vieillissement a été effectuée à partir d une revue de la littérature et tenant compte de leur possible intégration dans le processus de soin en médecine générale. Cette sélection a été consolidée par une approche mathématique selon un processus de sélection ascendant à partir d un modèle régressif. Une population dite témoin au vieillissement considéré comme normal a été ensuite constituée servant de base comparative au calcul de l âge biologique. Son choix a été influencé dans un premier temps par les données de la littérature puis secondairement selon un tri par classification utilisant la méthode des nuées dynamiques. Un modèle de régression linéaire simple a ensuite été construit mais avec de données normalisées selon la méthode des copules gaussiennes suivi d une étude des queues de distribution marginales. Les résultats ainsi obtenus laissent entrevoir des perspectives intéressantes de réflexion pour approfondir le calcul d un âge biologique et du score en découlant en médecine générale, sa validation par une étude de morbidité constituant l étape ultime de ce travailAgeing is nowadays a major public health problem. Its description remains complex, both individual and collective conceptualization being interlaced with a strong subjective dimension. Health professionals are increasingly required to integrate ageing and prevention into their thought and to create adapted protocol and new tools. Ageing characterizes unavoidable changes in the body. It is usually measured by the age dependent on time and called chronological age . However, the criterion chronological age reflects imperfectly the actual ageing of the body depending on many individual factors. Also, this criterion has for a long time been replaced by another composite criterion called biological age supposed to better reflect the ageing process. In order to build a score of ageing adapted to general practice, a new methodology is proposed suitable for general practitioners. First of all, a first phase of this work consisted in a qualitative and quantitative survey conducted among general practitioners in France. This survey was done to obtain data on the use of predictive scores by general practitioners in their daily practice and their appropriateness, as well as to know the reasons of their non-utilization. Results showed that predictive scores are useful tools in daily practice to target a complex systemic approach insofar as they are simple to use (few items, items suitable for general practice) and their scientific validity is easily understood. In addition, patient s age has been cited as a major criterion influencing general practitioners use of a predictive score. Results of this first phase have been used to propose a model of biological ageing, with reflexion on mathematical model as well as on component variables of this model. A selection of variables as markers of ageing was carried out from a review of the literature, taking into account their capacity of integration in general practitioners daily practice. This selection was completed by a mathematical approach based on an ascending process on a regression model. A control sample, assumed to be "normal ageing" on the basis of current knowledge in general medicine, was then used. This sample was first carried out from a review of the literature and then from a K-means method that classified this sample into several groups. The statistical dependence of measured variables was modeled by a Gaussian copula (taking into account only linear correlations of pairs). A standardized biological age was defined explicitly from these correlation coefficients. The tails of marginal distribution (method of excess) were estimated to enhance the discriminating power of the model. Results suggest interesting possibilities for a biological ageing calculation, and the predictive score they provide, suitable for general practitioners daily practice. Its validation by a morbidity and mortality survey will constitute the final phase of this workST ETIENNE-Bib. électronique (422189901) / SudocSudocFranceF

Du gène au phénotype : contrôle génétique et modélisation du métabolisme des sucres chez la pêche

Fruit quality is a multi-criteria character with frequent antagonistic relationships. The perceptionof the fruit quality is highly dependent on the balance between the levels of sugars and acids. Among thethree so-called major sugars in fruit that are sucrose, glucose and fructose, fructose is the sweetest and itsconcentration is the factor that most affects the fruit sweetness. The objective of the present thesis is toanalyze the sugar metabolism in peach fruit from metabolic, enzymatic and genetic aspects and integrateinto a mathematical model all information obtained. This work focuses on the identification of the effect of alow fructose concentration on the whole sugar metabolism and the understanding of the mechanismsresponsible of this phenotype called ‘low-fructose-to-glucose-ratio’. A nearly exhaustive biochemicalcharacterization of sugar metabolism was conducted along peach fruit development. For this, 6 metabolitesand 12 enzyme capacities were assayed in 106 genotypes of a population derived from an interspecific cross.This study revealed a high stability of the enzyme capacities despite large variations of metabolites. Based ondata from 10 genotypes, a kinetic metabolic model that simulates the sugar accumulation in fruit wasdeveloped and validated. This model simulates contrasting phenotypes and helps in understanding theunderlying mechanisms of the ‘low-fructose-to-glucose-ratio’ phenotype. The biochemical characterizationof the population gave the opportunity to perform a QTL research. It highlighted the instability of the effectof certain loci along fruit development and QTL collocations of metabolites, enzyme capacities and candidategenes. It also confirmed the genomic region responsible for the ‘low-fructose-to-glucose-ratio’ phenotypewithin which a functional candidate gene was identified. It is a gene homologous to fructose vacuolartransporter (SWEET17) recently discovered in Arabidopsis. An analysis of this gene was engaged to validateits function and its responsibility in the ‘low-fructose-to-glucose-ratio’ phenotype. In the future, theintegration of the genetic control into the metabolic model will allow simulating virtual genotypes withdifferent combinations of alleles and predict their sugar content. Optimizing allele combinations to increasesugar concentrations in peach fruit will undoubtedly give new breeding opportunities.La qualité du fruit est un caractère multicritère avec des relations antagonistes fréquentes. La perception de la qualité du fruit dépend fortement de l’équilibre entre les teneurs en sucres et acides. Parmi les 3 sucres dits majeurs dans les fruits que sont le saccharose, le glucose et le fructose, le fructose présente un pouvoir sucrant plus important et sa concentration est le facteur qui affecte le plus le goût sucré du fruit.L’objectif de cette thèse est d’analyser le métabolisme des sucres chez la pêche d’un point de vue métabolique, enzymatique et génétique et d’intégrer dans un modèle mathématique l’ensemble des informations obtenues. Ce travail porte plus particulièrement sur la mise en évidence de l’effet d’une perturbation de la teneur en fructose sur l’ensemble du métabolisme des sucres ainsi que sur la compréhension des mécanismes à l’origine de ce phénotype appelé ‘peu de fructose’. Une caractérisation biochimique quasi-exhaustive du métabolisme des sucres a été réalisée au cours du développement du fruit.Pour cela 6 métabolites et 12 capacités enzymatiques ont été mesurés chez 106 génotypes d’une population issue d’un croisement interspécifique. Cette étude a révélé une grande stabilité des capacités enzymatiques malgré l’importante variation des métabolites. Sur la base des données de 10 des génotypes, un modèle métabolique dynamique permettant de simuler l’accumulation des sucres au cours du développement du fruit a été développé et validé. Ce modèle permet de simuler des phénotypes contrastés et aide ainsi à l'exploration des mécanismes sous-jacents au phénotype ‘peu de fructose’. La caractérisation biochimique de la population a également fait l’objet d’une recherche de QTL. Cette étude a mis en exergue l’inconstance de l’effet de certains loci au cours du développement du fruit ainsi que des co-localisations de QTL de métabolites et capacités enzymatiques et de gènes candidats. Cette recherche a également confirmé la région génomique responsable du phénotype ‘peu de fructose’ au sein de laquelle un gène candidat fonctionnel a été mis en évidence. Il s’agit d’un gène homologue au transporteur vacuolaire exportateur de fructose (SWEET17) découvert récemment chez Arabidopsis. Une analyse de ce gène a été engagée afin de valider sa fonction et son implication dans le phénotype ‘peu de fructose’. Grâce à l’intégration des informations obtenues sur le contrôle génétique du métabolisme des sucres dans le modèle métabolique,une perspective de cette thèse sera de simuler les concentrations en sucres de génotypes virtuels ayant différentes combinaisons d’allèles. On pourra alors optimiser les combinaisons d’allèles pour augmenter les concentrations en sucres dans la pêche, ce qui donnera sans doute de nouvelles pistes à l’innovation variétale