Interdépendance entre l'expression gènètique et la physiologie cellulaire.

A quantitative framework to study the interdependence between gene expression and cellular physiology.

• Auteur / Autrice : Johannes Keisers
• Direction : Luca Ciandrini
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le 20/07/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CBS - Centre de Biologie Structurale

Mots clés

Mots clés libres

Expression gènètique

Croissance

Modéles

Gene expression

Growth

Modelling

Résumé

La physiologie cellulaire joue un rôle fondamental tant au niveau de la cellule unique qu'au niveau des populations et des organismes multicellulaires. Les efforts récents chez les bactéries ont permis d'avancer vers une théorie quantitative capable d'expliquer la relation entre les processus de biosynthèse et la régulation de l'expression des gènes. En particulier, des lois phénoménologiques de croissance ont été récemment proposées. Ces lois sont capables d'identifier comment l'allocation des ressources (ribosomes, catabolisme, transport,...) évolue en fonction de l'état physiologique (par exemple, le taux de croissance). Ces théories sont pertinentes pour comprendre la résistance aux antimicrobiens, car la plupart des mécanismes de résistance sont basés sur la quiescence au niveau de la croissance. Une meilleure compréhension des lois de la croissance d'un point de vue fondamental aurait des implications à long terme dans le domaine de la santé, la résistance aux antimicrobiens étant une urgence mondiale pour les années à venir. Le projet a un caractère hautement interdisciplinaire à la frontière entre la biologie moléculaire et cellulaire et la physique statistique. La thèse se déroulera dans une équipe de théoriciens (Multiscale Biomolecular Modelling team) au Centre de Biologie Structurale (CBS), Université de Montpellier, CNRS, INSERM. Mission principale : Comprendre l'interdependence entre les propriétés physiologiques d'une cellule et l'expression génétique, et dévoiler les principes moléculaires générant la croissance cellulaire. En particulier, ce projet de thèse se concentrera sur les perturbations de croissance et d'expression génétique (antibiotiques, changement de milieu de culture, impact des stress granules, etc etc). Activités : Developper un cadre théorique mécanistique pour prédire certaines propriétés de la physiologie cellulaire (e.g., taux de croissance) à partir des processus moléculaires de la transcription et de la traduction. La théorie sera supportée par des simulations numériques. Pour valider le cadre théorique, on ressemblera des données expérimentales dans la littérature, mais le candidat devra aussi developper ses propres mesures expérimentales.

Cell physiology plays a fundamental role both at the level of a single cell and at the level of populations and at the level of multicellular organisms. Recent efforts in bacteria have made it possible to advance towards a quantitative theory capable of explaining the relationship between biosynthetic processes and the regulation of gene expression. In particular, phenomenological growth laws have recently been proposed. These laws are able to identify how the allocation of resources (ribosomes, catabolism, transport,...) evolves according to the physiological state (for example, the growth rate). These theories are relevant to understanding antimicrobial resistance because most resistance mechanisms are based on growth-level quiescence. A better understanding of the laws of growth from a fundamental perspective would have long-term health implications, with antimicrobial resistance a global emergency for years to come. The project has a highly interdisciplinary character at the border between molecular and cellular biology and statistical physics. The thesis will take place in a team of theoreticians (Multiscale Biomolecular Modeling team) at the Center de Biologie Structurale (CBS), University of Montpellier, CNRS, INSERM. Main mission: To understand the interdependence between the physiological properties of a cell and genetic expression, and to unveil the molecular principles generating cell growth. In particular, this thesis project will focus on growth and gene expression disturbances (antibiotics, change of culture medium, impact of stress granules, etc.). Activities: Develop a theoretical mechanistic framework to predict certain properties of cell physiology (e.g., growth rate) from the molecular processes of transcription and translation. The theory will be supported by numerical simulations. To validate the theoretical framework, we will look at experimental data in the literature, but the candidate will also have to develop his own experimental measurements.