Analyse d'interactions moléculaires à haut débit

Analysis of high throughput molecular interactions

• Auteur / Autrice : Nicolas François
• Direction : Françoise Prêteux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques. Informatique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 5

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance plasmonique de surface

Épistasie

Fluorescence

Fluorescence

Dynamique moléculaire

Résumé

Cette thèse s'attaque aux verrous posés par les technologies émergentes d'analyse d'interactions moléculaires à haut débit, permettant des mesures en continu d'interactions parallèles. Deux techniques s'avèrent prometteuses : celle par marquage des cibles en fluorescence, éprouvée en biologie ; et celle en résonance des plasmons de surface (SPR), ne nécessitant pas d'étiquetage moléculaire. Cette thèse propose une approche automatique originale pour l'analyse des images d'interactions, aussi bien en fluorescence qu'en SPR. Développée à partir d'un modèle mathématique fondé sur les caractéristiques communes aux études expérimentales menées, elle combine opérateurs géodésiques 2D et 3D, contraintes de classification et comportement physique. Couplée au protocole expérimental spécifique à chacune des méthodes à haut débit, impliquant calibrages et filtrage spatiotemporel du bruit, elle fournit une méthode complète d'analyse. Evaluée qualitativement et quantitativement sur un ensemble de données synthétiques et expérimentales, elle confirme nos attentes concernant la sensibilité de détection des systèmes à haut débit, même à faible concentration de cibles. Les caractéristiques des interactions étudiées sont en accord à celles obtenues par des méthodes de référence, ou à des valeurs théoriques. Les résultats valident de fait l'utilisation des techniques à haut débit pour l'analyse d'interactions moléculaires, ainsi que la méthodologie développée pour l'exploitation de ces données. Cette étude ouvre des perspectives nouvelles sur l'utilisation de ces technologies aussi bien dans le cadre de la recherche, que dans un contexte clinique d'aide au diagnostic ou de thérapie génique.

This thesis tackles the locks held by emerging technologies for analyzing high throughput molecular interactions, allowing to acquire continuous measurements upon parallel interactions. Two technologies are promising: the target marking by fluorescence, which is a proven technique in biology; and the surface plasmon resonance (SPR), requiring no labeling of molecules. This thesis suggests an original automatic approach for image analysis of high throughput interactions, applicable to both fluorescence and SPR methods. From a mathematical model based upon common characteristics describing experimental studies, it combines 2D and 3D geodesic operators, classification and constraints of physical behavior. Coupled with the experimental protocol specific to each of the high throughput methods, involving calibrations and spatiotemporal filtering of noise, it ultimately provides a complete technology for the analysis of high throughput data. Assessed qualitatively and quantitatively on a data set, both synthetic and experimental, it confirms our expectations regarding the sensitivity of detection systems with high throughput, even at low concentrations of target. The characteristics of the interactions studied thus estimated were compared with those obtained by reference methods, or theoretical values. The results are in agreement, validating that the use of high throughput techniques for analyzing molecular interactions and the methodology developed for the exploitation of such data. This study thus opens new perspectives on the use of these technologies as well as part of research in biology, in a clinical setting to aid diagnosis or gene therapy.