Dynamique nonlinéaire des décisions cellulaires

Abstract

Les caractères multi-échelle, hétérogène et fonctionel des réseaux biochimiques posent d’importants défis aux approches computationnelles et théoriques, en lien avec des problèmes d’identifiabilité, de tractabilité ou de réductibilité des modèles. Cependant de nombreuses fonctions cellulaires (prolifération, différenciation, horloge, communication...) mettent en jeu des dynamiques nonlinéaires relativement simples, telles que la bistabilité ou les oscillations, suggérant l’utilité de modèles de basses dimensions pour déchiffrer la complexité biologique. En l’occurrence, l’objectif de ma recherche a été d’explorer les caractéristiques dynamiques et structurelles des réseaux de protéines qui régulent les décisions cellulaires tels que la division et la différenciation. Une décision cellulaire peut minimalement être décrite comme une transition bistable générée par des boucles de rétroaction positives au sein d’un réseau de protéine. Nos recherches ont montré qu’en réalité les décisions cellulaires sont controlées par des mécanismes dynamiques et organisationels beaucoup plus sophistiqués qui peuvent se résumer comme suit: (i) la combinaison de motifs de rétroaction et de proaction permet de générer des trajectoires transitionnellesdont la vitesse, la réversibilité ou la séquentialité peuvent êttre finement controlés, comme cela est en effet observé pour certaines décisions cellulaires; (ii) les oscillations intracellulaires peuvent être exploitées pour créer des fenêtres d’opportunité permettant d’ajuster la prise de décision en fonction du contexte; (iii) des mécanismes de bifurcation de codimension élevée permettent d’élaborer et de choisir entre diverses stratégies de décisions. En résumé, ces travaux révèlent comment certaines caractéristiques topologiques et dynamiques des réseaux biochimiques permettent aux cellules vivantes de disposer d’un vaste repertoire de capacité décisionnelles et adaptatives.