Développement de méthodes pour les données de cribles temporels à haut contenu et haut débit : versatilité et analyses comparatives

The versatility of high-content high-throughput time-lapse screening data : developing generic methods for data re-use and comparative analyses

• Auteur / Autrice : Alice Schoenauer Sebag
• Direction : Jean-Philippe Vert, Robert Barouki
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bio-informatique
• Date : Soutenance le 04/12/2015
• Etablissement(s) : Paris, ENMP
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de bio-informatique (Paris, Ile-De-France)
• Jury : Président / Présidente : Bernard Salles
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Philippe Vert, Robert Barouki, Thomas Walter
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Wolfgang Huber, Miguel Luengo-Oroz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioinformatique

Mots clés libres

Fouille de données

Bioinformatique

Informatique de l'image biologique

Toxicologie

Criblage à haut contenu et haut débit

Data mining

Bioinformatics

Bioimage informatics

Toxicology

High-Throughput high-Content screening

Résumé

Un crible biologique a pour objectif de tester en parallèle l'impact de nombreuses conditions expérimentales sur un processus biologique d'un organisme modèle. Le progrès technique et computationnel a rendu possible la réalisation de tels cribles à grande échelle - jusqu'à des centaines de milliers de conditions. L'imagerie sur cellules vivantes est un excellent outil pour étudier en détail les conséquences d'une perturbation chimique sur un processus biologique. L'analyse des cribles sur cellules vivantes demande toutefois la combinaison de méthodes robustes d'imagerie par ordinateur et de contrôle qualité, et d'approches statistiques efficaces pour la détection des effets significatifs. La présente thèse répond à ces défis par le développement de méthodes analytiques pour les images de cribles temporels à haut débit. Les cadres qui y sont développés sont appliqués à des données publiées, démontrant par là leur applicabilité ainsi que les bénéfices d'une ré-analyse des données de cribles à haut contenu (HCS). Le premier workflow pour l'étude de la motilité cellulaire à l'échelle d'une cellule dans de telles données constitue le chapitre 2. Le chapitre 3 applique ce workflow à des données publiées et présente une nouvelle distance pour l'inférence de cible thérapeutique à partir d'images de cribles temporels. Enfin, le chapitre 4 présente une pipeline méthodologique complète pour la conduite de cribles temporels à haut débit en toxicologie environnementale.

Biological screens test large sets of experimental conditions with respect to their specific biological effect on living systems. Technical and computational progresses have made it possible to perform such screens at a large scale - up to hundreds of thousands of experiments. Live cell imaging is an excellent tool to study in detail the consequences of chemical perturbation on a given biological process. However, the analysis of live cell screens demands the combination of robust computer vision methods, efficient statistical methods for the detection of significant effects and robust procedures for quality control. This thesis addresses these challenges by developing analytical methods for the analysis of High Throughput time-lapse microscopy screening data. The developed frameworks are applied to publicly available HCS data, demonstrating their applicability and the benefits of HCS data remining. The first multivariate workflow for the study of single cell motility in such large-scale data is detailed in Chapter 2. Chapter 3 presents this workflow application to previously published data, and the development of a new distance for drug target inference by in silico comparisons of parallel siRNA and drug screens. Finally, chapter 4 presents a complete methodological pipeline for performing HT time-lapse screens in Environmental Toxicology.