Simulation of mitochondrial metabolism using multi-agents system

Metabolic pathways describe chains of enzymatic reactions. Their modelling is a key point to understand living systems. An enzymatic reaction is an interaction between one or several metabolites (substrates) and an enzyme (simple protein or enzymatic complex build of several subunits). In our Mitochondria in Silico Project, MitoScop, we study the metabolism of the mitochondria, an intra-cellular organelle. Many ordinary differential equation models are available in the literature. They well fit experimental results on flux values inside the metabolic pathways, but many parameters are di$\pm$cult to transcribe with such models: localization of enzymes, rules about the reactions scheduler, etc Moreover, a model of a significant part of mitochondrial metabolism could become very complex and contain more than 50 equations. In this context, the multi-agents systems appear as an alternative to model the metabolic pathways. Firstly, we have looked after membrane design. The mitochondria is a particular case because the inner mitochondrial space, ie matricial space, is delimited by two membranes: the inner and the outer one. In addition to matricial enzymes, other enzymes are located inside the membranes or in the inter-membrane space. Analysis of mitochondrial metabolism must take into account this kind of architecture

Modélisation gros grains et simulation multi-agents. Application à la membrane interne mitochondriale

Cette thèse porte sur la modélisation de la membrane interne mitochondriale et des complexes enzymatiques de la chaîne respiratoire imbriqués dans cette bicouche phospholipidique. Une alternative aux techniques de la mécanique moléculaire qui représentent les objets biologiques au niveau atomique sont les modèles à grains d'atomes, ou modèles "gros grains", qui offrent la possibilité d'étudier les phénomènes biologiques à des échelles de temps de l'ordre du dixième de microseconde et d'espace de l'ordre du dixième de micromètre, ce qui correspond à des valeurs beaucoup plus proches de celles nécessaires pour l'étude de phénomènes comme la formation de replis de la membrane. Le modèle proposé représente les phospholipides, constituants de la membrane, sous la forme de trimères rigides rectilignes avec un solvant implicitement modélisé. Ce modèle gros grains donne lieu à une conception orientée agent qui est implémentée sous la forme d'un Système Multi-Agents (SMA) appelé MitoMas. Des différentes simulations réalisées avec MitoMas, nous pouvons retenir que l'hydrophobie des phospholipides peut être modélisée avec un solvant implicite comme l'atteste l'apparition de micelles à partir d'une mixture initiale. Une distance de coupure ("cutoff") pour les potentiels intermoléculaires d'1nm se révèle être un bon compromis entre réalisme et efficacité des simulations. Sous certaines contraintes de pression latérale, les bicouches forment des replis semblables à ceux de la membrane interne. Les simulations de systèmes hétérogènes nous ont permis de retrouver les observations de radeaux (portions membranaires constituées d'un seul type de phospholipide) et celles de systèmes mixtes phospholipides/protéines, le confinement des complexes intramembranaires dans les replis de la bicouche lipidique. Les perspectives sont nombreuses. Outre l'exploration "in silico" de nouveaux potentiels et de leurs paramètres, il est possible d'envisager des modèles mixtes type gros grains / surfaces maillées afin d'étudier l'interactome d'une cellule

Modélisation gros grains et simulation multi-agents - Application à la membrane interne mitochondriale

langage : C++ rendu 3D : GLXW, VTK bibliothèque scientifique : Boost moteur physique artisanal : quaternions pour les rotations, pas de temps variables et adaptatifs pour limiter les erreurs open source : http://sourceforge.net/projects/mito-mas-m/This thesis focuses on modelling of the inner membrane and mitochondrial enzyme complexes of the respiratory chain embedded in the phospholipid bilayer. An alternative to the techniques of molecular mechanics representing biological objects at the atomic level models are grains of atoms, “coarse grained” models, allowing to study biological phenomena at time scales of the tenth of a microsecond and space of the order of a tenth of a micron, which corresponds to values of phenomena such as formation of membrane folds. The proposed model consists in modelling the phospholipids in the form of rigid rectilinear trimers with a implicit solvent. This coarse-grained model gives rise to an agent oriented design implemented as a Multi-Agent System (MAS) called MitoMAS. Several simulations with MitoMAS hold that the phospholipids hydrophobicity can be modeled with an implicit solvent as evidenced by the appearance of micelles from an initial random mixture. A intermolecular potential cutoff of 1nm is proving to be a good compromise between realism and effectiveness of simulations. Under certain constraints of lateral pressure, the bilayer folds are similar to those of the inner membrane. Simulations of heterogeneous systems exhibit the emergence of phospholipid rafts and those of mixed systems phospholipids / proteins confining intramembrane complexes in small folds. Prospects are numerous. Besides the exploration "in silico" of new potentials and their parameters, we can consider mixed models such coarse-grained / mesh surfaces to study the interactome of a cell.Cette thèse porte sur la modélisation de la membrane interne mitochondriale et des complexes enzymatiques de la chaîne respiratoire imbriqués dans cette bicouche phospholipidique. Une alternative aux techniques de la mécanique moléculaire qui représentent les objets biologiques au niveau atomique sont les modèles à grains d'atomes, ou modèles « gros grains », qui offrent la possibilité d'étudier les phénomènes biologiques à des échelles de temps de l'ordre du dixième de microseconde et d'espace de l'ordre du dixième de micromètre, ce qui correspond à des valeurs beaucoup plus proches de celles nécessaires pour l'étude de phénomènes comme la formation de replis de la membrane. Le modèle proposé représente les phospholipides, constituants de la membrane, sous la forme de trimères rigides rectilignes avec un solvant implicitement modélisé. Ce modèle gros grains donne lieu à une conception orientée agent qui est implémentée sous la forme d'un Système Multi-Agents (SMA) appelé MitoMAS. Des différentes simulations réalisées avec MitoMAS, nous pouvons retenir que l'hydrophobie des phospholipides peut être modélisée avec un solvant implicite comme l'atteste l'apparition de micelles à partir d'une mixture initiale. Une distance de coupure (« cutoff » ) pour les potentiels intermoléculaires d'1nm se révèle être un bon compromis entre réalisme et efficacité des simulations. Sous certaines contraintes de pression latérale, les bicouches forment des replis semblables à ceux de la membrane interne. Les simulations de systèmes hétérogènes nous ont permis de retrouver les observations de radeaux (portions membranaires constituées d'un seul type de phospholipide) et celles de systèmes mixtes phospholipides/protéines, le confinement des complexes intramembranaires dans les replis de la bicouche lipidique. Les perspectives sont nombreuses. Outre l'exploration « in silico » de nouveaux potentiels et de leurs paramètres, il est possible d'envisager des modèles mixtes type gros grains / surfaces maillées afin d'étudier l'interactome d'une cellule

Modélisation gros grains et simulation multi-agents (application à la membrane interne mitochondriale)

Cette thèse porte sur la modélisation de la membrane interne mitochondriale et des complexes enzymatiques de la chaîne respiratoire imbriqués dans cette bicouche phospholipidique. Une alternative aux techniques de la mécanique moléculaire qui représentent les objets biologiques au niveau atomique sont les modèles à grains d'atomes, ou modèles "gros grains", qui offrent la possibilité d'étudier les phénomènes biologiques à des échelles de temps de l'ordre du dixième de microseconde et d'espace de l'ordre du dixième de micromètre, ce qui correspond à des valeurs beaucoup plus proches de celles nécessaires pour l'étude de phénomènes comme la formation de replis de la membrane. Le modèle proposé représente les phospholipides, constituants de la membrane, sous la forme de trimères rigides rectilignes avec un solvant implicitement modélisé. Ce modèle gros grains donne lieu à une conception orientée agent qui est implémentée sous la forme d'un Système Multi-Agents (SMA) appelé MitoMas. Des différentes simulations réalisées avec MitoMas, nous pouvons retenir que l'hydrophobie des phospholipides peut être modélisée avec un solvant implicite comme l'atteste l'apparition de micelles à partir d'une mixture initiale. Une distance de coupure ("cutoff") pour les potentiels intermoléculaires d'1nm se révèle être un bon compromis entre réalisme et efficacité des simulations. Sous certaines contraintes de pression latérale, les bicouches forment des replis semblables à ceux de la membrane interne. Les simulations de systèmes hétérogènes nous ont permis de retrouver les observations de radeaux (portions membranaires constituées d'un seul type de phospholipide) et celles de systèmes mixtes phospholipides/protéines, le confinement des complexes intramembranaires dans les replis de la bicouche lipidique. Les perspectives sont nombreuses. Outre l'exploration "in silico" de nouveaux potentiels et de leurs paramètres, il est possible d'envisager des modèles mixtes type gros grains / surfaces maillées afin d'étudier l'interactome d'une cellule.BORDEAUX1-BU Sciences-Talence (335222101) / SudocSudocFranceF

Simulation of mitochondrial metabolism using multi-agents system

International audienceMetabolic pathways describe chains of enzymatic reactions. Their modelling is a key point to understand living systems. An enzymatic reaction is an interaction between one or several metabolites (substrates) and an enzyme (simple protein or enzymatic complex build of several subunits). In our Mitochondria in Silico Project, MitoScop, we study the metabolism of the mitochondria, an intra-cellular organelle. Many ordinary differential equation models are available in the literature. They well fit experimental results on flux values inside the metabolic pathways, but many parameters are di±cult to transcribe with such models: localization of enzymes, rules about the reactions scheduler, etc Moreover, a model of a significant part of mitochondrial metabolism could become very complex and contain more than 50 equations. In this context, the multi-agents systems appear as an alternative to model the metabolic pathways. Firstly, we have looked after membrane design. The mitochondria is a particular case because the inner mitochondrial space, ie matricial space, is delimited by two membranes: the inner and the outer one. In addition to matricial enzymes, other enzymes are located inside the membranes or in the inter-membrane space. Analysis of mitochondrial metabolism must take into account this kind of architecture

Using electronic health records to enhance surveillance of diabetes in children, adolescents and young adults: a study protocol for the DiCAYA Network

Introduction Traditional survey-based surveillance is costly, limited in its ability to distinguish diabetes types and time-consuming, resulting in reporting delays. The Diabetes in Children, Adolescents and Young Adults (DiCAYA) Network seeks to advance diabetes surveillance efforts in youth and young adults through the use of large-volume electronic health record (EHR) data. The network has two primary aims, namely: (1) to refine and validate EHR-based computable phenotype algorithms for accurate identification of type 1 and type 2 diabetes among youth and young adults and (2) to estimate the incidence and prevalence of type 1 and type 2 diabetes among youth and young adults and trends therein. The network aims to augment diabetes surveillance capacity in the USA and assess performance of EHR-based surveillance. This paper describes the DiCAYA Network and how these aims will be achieved.Methods and analysis The DiCAYA Network is spread across eight geographically diverse US-based centres and a coordinating centre. Three centres conduct diabetes surveillance in youth aged 0–17 years only (component A), three centres conduct surveillance in young adults aged 18–44 years only (component B) and two centres conduct surveillance in components A and B. The network will assess the validity of computable phenotype definitions to determine diabetes status and type based on sensitivity, specificity, positive predictive value and negative predictive value of the phenotypes against the gold standard of manually abstracted medical charts. Prevalence and incidence rates will be presented as unadjusted estimates and as race/ethnicity, sex and age-adjusted estimates using Poisson regression.Ethics and dissemination The DiCAYA Network is well positioned to advance diabetes surveillance methods. The network will disseminate EHR-based surveillance methodology that can be broadly adopted and will report diabetes prevalence and incidence for key demographic subgroups of youth and young adults in a large set of regions across the USA