An asymmetric Ising model for spatial gene regulation

Un modèle d'Ising asymétrique pour la régulation génétique La régulation génétique joue un rôle majeur dans le développement embryonnaire. La structure d’un organisme est prédéfinie par des motifs spatio-temporels d’expression de gènes précurseurs. Les processus de régulation impliquant plusieurs gènes sont souvent représentés comme des réseaux de régulation génétique (RRG). Dans cette thèse, je présente un nouveau modèle de RRG avec une composante spatiale. Ce modèle est une variante du modèle d’Ising, désigné pour avoir un nombre minimal de paramètres. Ces paramètres, les interactions entre gènes et leur portée, ont des rôles similaires aux paramètres d’un automate cellulaire de réaction-diffusion. Ce modèle est capable de former des motifs complexes, tel que des motifs de Turing, ce qui n’avait jamais été observé dans des modèles de type Ising avec interactions à courte portée, et le paramètre d’ordre associé ne dépend pas de la taille du système. Ce modèle est appliqué à la segmentation dans le développement précoce de la Drosophile, en particulier à la régulation du gène eve. Une méthode d’échantillonnage issue de la physique statistique est employée, l’algorithme Wang-Landau. Il permet d’identifier les sous-volumes de l’espace des phases qui sont solution pour produire un motif donné. La comparaison de résultats obtenus sur des données en 1D ou en 3D montre que les espaces des solutions s’intersectent mais ne sont pas confondus. Enfin, cette thèse questionne cette vision sous forme de réseau et redéfinit un code régulation génétique dont l'adapteur serait le gène domain, une séquence encadrant le locus du gène dans le génome.