Modélisation de la réponse Immunitaire T-CD8 : analyse mathématique et modèles multiéchelles

Modeling the CD8 T-cell Immune Response : Mathematical Analysis and Multiscale Models

• Auteur / Autrice : Simon Girel
• Direction : Fabien Crauste
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques
• Date : Soutenance le 13/11/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Camille Jordan (Rhône ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Magali Ribot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabien Crauste, Arnaud Chauvière, Jacqueline Marvel, Laurent Pujo-Menjouet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Champagnat, Céline Grandmont

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse multiéchelle

Différenciation cellulaire

Réponse immunitaire

Équations différentielles

Mots clés libres

Modèle à base d’agents

Équation différentielle à impulsions

Modèle multiéchelle

Convexité du flot

Réponse immunitaire

Partage aléatoire du contenu moléculaire

Différenciation cellulaire

Agent-based model

Impulsive differential equation

Multiscale modeling

Flow convexity

Immune response

Random partitioning of molecular content

Cellular differentiation

Résumé

L'infection d'un organisme par un agent pathogène déclenche l'activation des lymphocytes T-CD8 et l'initiation de la réponse immunitaire. Il s'ensuit un programme complexe de prolifération et de différenciation des lymphocytes T-CD8, contrôlé par l'évolution de leur contenu moléculaire. Dans ce manuscrit, nous présentons deux modèles mathématiques de la réponse T-CD8. Le premier se présente comme une équation différentielle à impulsions grâce à laquelle nous étudions l'effet du partage inégal des protéines lors des divisions cellulaires sur la régulation de l'hétérogénéité moléculaire. Le second est un modèle à base d'agents couplant la description d'une population discrète de lymphocytes T-CD8 à celle du contenu moléculaire de ces derniers. Ce modèle s'avère capable de reproduire les différentes phases caractéristiques de la réponse T-CD8 aux échelle cellulaire et moléculaire. Ces deux travaux supportent l'hypothèse que la dynamique cellulaire observée in vivo est le reflet de l'hétérogénéité moléculaire qui structure la population de lymphocytes T-CD8

Infection of an organism by a pathogen triggers the activation of the CD8 T-cells and the initiation of the immune response. The result is a complex program of proliferation and differentiation of the CD8 T-cells, controlled by the evolution of their molecular content. In this manuscript, we present two mathematical models of the CD8 T-cell response. The first one is presented as an impulsive differential equation by which we study the effect of unequal molecular partitioning at cell division on the regulation of molecular heterogeneity. The second one is an agent-based-model that couples the description of a discrete population of CD8 T-cells and that of their molecular content. This model can reproduce the different typical phases of the CD8 T-cell response at both the cellular and the molecular scales. These two studies support the hypothesis that the cell dynamics observed in vivo is a consequence of the molecular heterogeneity structuring the CD8 T-cell population