Des moteurs de jeux à la physique des chromosomes

From game engines to the physics of chromosomes

• Auteur / Autrice : Pascal Carrivain
• Direction : Jean-Marc Victor
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes Complexes
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation, Méthodes de

Interactions ADN-protéine

Chromosomes

Nucléosomes

Résumé

Durant ces dernières années, la modélisation en physique est restée aveugle aux développements de disciplines soeurs ; en particulier la mécanique ou plutôt la robotique qui développe des outils puissants comme la cinématique inverse et les moteurs physiques (ou moteurs de jeux). Ces techniques sont couramment employées dans les jeux vidéo pour des résultats très réalistes. Je propose ici de montrer que nous pouvons simuler des assemblages d'ADN et de protéines (fibre de chromatine et à plus grande échelle des chromosomes) comme des systèmes articulés avec un moteur physique. Je montre aussi qu'il est possible d'étendre le thermostat local de Langevin à un thermostat global pour accélérer l'échantillonnage de l'espace des configurations du système ADN - protéines dans l'ensemble canonique. Ce nouveau thermostat est particulièrement intéressant lorsqu'il est utilisé avec un moteur physique. Plus précisément, je montrerai que la simulation que j'ai développée reproduit les résultats expérimentaux de manipulation de molécules uniques sous pinces magnétiques et permet de faire des prédictions. Enfin, cette simulation offre des perspectives intéressantes pour la modélisation des noyaux d'organismes allant de la drosophile à l'humain et la compréhension des toutes dernières données sur l'architecture des génomes

During these last years, modelling in physics remained blind to the advances of sisters disciplines, especially mechanics and robotics, that have developed powerful tools in rigid body dynamics, soft body dynamics, and fluid dynamics. Techniques as inverse kinematic and physics engines (or game engines) are nowadays commonly used in video games for very realistic results. I show here how it is possible to simulate assemblies of DNA and proteins (chromatin fibres, and, at larger scale, chromosomes) as articulated system, by means of physics engines. I also show how to replace the standard local Langevin thermostat by a global one that achieves a much faster sampling of the configuration space of the system (canonical ensemble). This new thermostat results to be of particular interest when used with physics engines. The simulations that I have performed with these tools well reproduce magnetic tweezers experimental results and allows to make predictions. Finally, this simulation technique offers interesting perspectives for the modelling of whole cell nuclei for different organisms, ranging from Drosophila to humans, and provides therefore a precious tool for the interpretation of the most recent experimental data on genome architecture