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Séminaire MSC
"Matière et Systèmes Complexes"

                      

Lundi 14 septembre 2009 à 11h30
Bâtiment Condorcet, 4ème étage, salle 454 A.

Patrick Amar
(Laboratoire de Recherche en Informatique, Orsay)


Modélisation de l'auto-assemblage et du comportement de complexes macro-moléculaires

De nombreuses voies métaboliques dans les cellules mettent en évidence des réactions catalysées par des protéines (fonction enzymatique). Dans les expériences faites 'in vitro' le milieu est homogène et le volume
considérablement plus grand que dans une cellule, on doit mettre de grandes quantités de réactifs pour obtenir la concentration nécessaire à l'établissement des réactions chimiques. A contrario dans une cellule, la
quantité de réactifs est bien plus faible et bien que le volume soit lui aussi réduit, la concentration est trop basse pour que certaines réactions puissent avoir lieu. L'idée est que les concentrations locales sont suffisamment élevées
pour les réactions se fassent.

Pour modéliser le fonctionnement de ces voies métaboliques 'in vivo' les systèmes continus à base d'équations différentielles ne sont pas bien adaptés: dans certains processus cellulaires un très petit nombre de molécules est
mis en jeu et consécutivement les facteurs stochastiques sont très importants. On a donc opté pour un modèle discret au niveau macromoléculaire (de l'ordre de grandeur d'une protéine) de type entité-centré. La cellule est représentée par un volume limité par une membrane qui contient le nombre de molécules des réactifs de la voie métabolique étudiée correspondant à ce qui existe réellement dans une cellule vivante. La cellule simulée peut contenir des
compartiments, et le milieu n'est pas forcément homogène (la viscosité peut être fonction de la localisation spatiale). Le simulateur prend en entrée un fichier décrivant les réactifs: type, vitesse nominale de diffusion, etc. et
les réactions: formation de complexes, échange de groupes (phospohrylation et déphospohrylation par exemple), ainsi que la cinétique de ces réactions. En cours de fonctionnement, le simulateur produit à la fois un affichage 3D de la
cellule et de son contenu, en reconnaissant et affichant les complexes (agrégats de macromolécules) avec leur localisation dans la cellule, et un affichage sous forme de courbes de l'évolution des concentrations des divers
produits. Un histogramme du nombre et de la taille des complexes est aussi affiché.

Le simulateur est hybride en ce sens que l'on peut choisir de représenter certaines espèces chimiques soit par des entités localisées soit par une population homogène dans un compartiment. L'intéret étant de pouvoir intégrer
les très petites molécules présentes en très grand nombre et réparties de façon homogène dans le compartiment avec un faible cout en temps calcul.

L'accent est particulièrement porté sur l'étude des complexes car il est montré que les réactions peuvent être plus efficaces de plusieurs ordres de grandeur avec les chaînes enzymatiques agrégées et des réactions canalisées plutot que par libre diffusion. Cela pourrait expliquer pourquoi in-vivo certaines voies métaboliques fonctionnent avec une faible concentration de réactifs.

Des exemples de modèles de types très différents seront présentés à la fin de l'exposé pour montrer la diversité des utilisations possibles du simulateur.