Bioinformatique mod

1
Bioinformatiquemodélisation et analyse des
données génomiques et post-génomiques

• François Rechenmann

2
(No Transcript)
3
Le codage delinformation génomique

• macromolécule dADN enchaînement dacides
  nucléiques
• adénine A
• thymine T
• cytosine C
• guanine G
• génome texte écrit dans lalphabet de ces
  quatre lettres

4
Cellules procaryotes
5
(No Transcript)
6
Le code génétique
Deuxième position
U C A G
UUU Phe (F) UCU Ser (S) UAU Tyr (Y) UGU Cys
(C) UUC " UCC " UAC UGC UUA Leu (L) UCA " UAA
Ter UGA Ter UUG " UCG " UAG Ter UGG Trp
(W) CUU Leu (L) CCU Pro (P) CAU His (H) CGU Arg
(R) CUC " CCC " CAC " CGC " CUA " CCA " CAA Gln
(Q) CGA " CUG " CCG " CAG " CGG " AUU Ile
(I) ACU Thr (T) AAU Asn (N) AGU Ser (S) AUC
" ACC " AAC " AGC " AUA " ACA " AAA Lys (K) AGA
Arg (R) AUG Met (M) ACG " AAG " AGG " GUU Val
(V) GCU Ala (A) GAU Asp (D) GGU Gly (G) GUC
" GCC " GAC " GGC " GUA " GCA " GAA Glu (E) GGA
" GUG " GCG " GAG " GGG "
U C A G U C A G U C A G U C A G
U C A G
Première position
Troisième position
7
Cellules eucaryotes
8
(No Transcript)
9
GATCACCTCACTACGGGTCAGGGGAAGGAAAGGGGAACTGAGAGATTTGT
CAGTGTGAGAAGCAGTCCCAGGAGTTAGAAGTAGTGGCTCCATGACTCAC
AAATTAACTTCCCTTTCAGGCAGGGCTTCTTATTTTCCTTAGCATCCCTG
TCTTGATCCCAGCCTGCTCAGACCCCTGCCTCTCACTGCAAGATGTGCTT
10
De très nombreux domaines de recherche en
informatique, automatique et mathématiques
appliquées sont concernés

• algorithmique sur les séquences, sur les graphes
• statistique, analyse de données
• apprentissage symbolique et numérique
• visualisation de données
• modélisation et simulation dynamiques
• calcul parallèle
• bases de données et de connaissances

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Le projet HELIX Informatique et génomique 

• Projet de lunité de recherche INRIA Rhône-Alpes
• à Grenoble (Montbonnot) et Lyon (campus de La
  Doua, UMR CNRS UCB 5558)
• 40 chercheurs, ingénieurs et doctorants
• Quatre exemples
• GenoStar plate-forme de génomique exploratoire
• Génomique comparative et synténie
• Modélisation et simulation de réseaux
  dinteractions
• PepMap et la bioinformatique de la protéomique

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Le consortium Genostar
13
Les objectifs du consortium

• Concevoir et développer
• une plateforme bioinformatique
• de génomique exploratoire

14
La plate-forme Genostar

• Des modules interopérables

GenoExpertBacteria

• autour dun noyau qui assure
• la gestion et la persistance des données et des
  connaissances
• lenchaînement de lexécution des méthodes
  danalyse

15
La plate-forme Genostar

• Des données structurées dans un modèle à objets
  et relations

16
(No Transcript)
17
(No Transcript)
18
La plate-forme Genostar

• Des données structurées dans un modèle à objets
  et relations
• Un ensemble de méthodes danalyse et de
  visualisation
• Des tâches paramétrables enchaînant ces méthodes
  sur les données

19
Un exemple la recherche de CDS bactériennes
20
(No Transcript)
21

• Le consortium Genostar a bénéficié du soutien du
  Ministère de la Recherche
• Direction de la Recherche programme
  Génomique
• Direction de la Technologie programme
  GenHomme

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• Genostar est mis à disposition des laboratoires
  de recherche publics
• Le consortium est ouvert aux partenariats avec
  les sociétés privées

23
http//www.genostar.org
24
Comparative genomics
25
Unformal definition of a synton
A synton is a maximal set of pairs of homolog
genes with conserved organization on two
chromosomes (two species) conserved organization
similar relative location on both chromosomes
(permutation - insertion/deletion)
26
a1 a2 a3 a4
a5 a6
A
B
b1 b2 b3 b4 b5
b6 b7 b8 b9
B
b9 b8 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1
A synthon is a maximal set of homolog gene pairs
with conserved gene organization on both
chromosomes
A
a1 a2 a3 a4 a5 a6
27
a1 a2 a3 a4
a5 a6
A
B
b1 b2 b3 b4 b5
b6 b7 b8 b9
B
b9 b8 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1
A
a1 a2 a3 a4 a5 a6
28
a1 a2 a3 a4
a5 a6
A
B
b1 b2 b3 b4 b5
b6 b7 b8 b9
Design of an O(n2) algorithm on graphs n
number of pairs of homolog genes
29
(No Transcript)
30
Simulation of gene interaction networks
Regulatory network controling the initiation of
sporulation in B. subtilis
31
Piece-wise linear differential equations

• Cellular concentration of gene product i at
  time-point t represented by variable xi(t)
• Regulatory interactions modeled by differential
  equations

• where fi(x) is the synthesis term and ?i
  xi the degradation term
• Synthesis term fi(x) sum of products of step
  functions
• s/-(xj , ?ij) weighted by rate constants
  kij gt 0

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Phase space box and volumes

• Within a volume, the model simplifies to linear
  differential equations
• ?i is sum of products of rate constants

33
Example of simulation
34
Example of simulation
35
Example of simulation
36
Example of simulation
37
Example of simulation
38
Example of simulation
39
Example of simulation
40
Example of simulation
Volume contains a steady state
41
GNA Gene Networks Analyser
42
Un dernier exemple en protéomique

• Collaboration
• CEA
• GENOME express
• INRIA Rhône-Alpes
• Contexte de la plate-forme protéomique à
  haut-débit de Rhône-Alpes Genopole

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(No Transcript)
44
(No Transcript)
45
L R T G Q G G L I F T E
R F . . .
. . . D
H
. . . GAT CAC CTC ACT ACG GGT CAG GGG GGC
CTA AGG ATA ACT GAG AGA TTT . . .
. . . GATCACCTCACTACGGGTCAGGGGGGCCTAAGGATAACTGAGAG
ATTTGTCAGTGTGAGAAGC . . .
46
. . . D
L R T G Q G G L I F T E
R F . . .
H
. . . GAT CAC CTC ACT ACG GGT CAG GGG GGC
CTA AGG ATA ACT GAG AGA TTT . . .
. . . GATCACCTCACTACGGGTCAGGGGGGCCTAAGGATAACTGAGAG
ATTTGTCAGTGTGAGAAGC . . .
47
?
2)  clustering  pb. statistique
1)  mapping  des étiquettes pb.
algorithmique
48
(No Transcript)