GDyn: Dynamical analysis of genetic regulatory networks


version française

 Action de Recherche Coopérative (ARC) INRIA    

2003-2004


Coordinators: Jean-Luc Gouzé et Hidde de Jong



The study of genetic regulatory networks has taken a qualitative leap through the use of modern genomic techniques that allow simultaneous measurement of the expression levels of all genes of an organism. In addition to high-throughput experimental methods, approaches in mathematics and computer science will be indispensable for analyzing the dynamics of genetic regulatory networks. A formalism based on piecewise-linear (PL) differential equations has been shown to be particularly well-adapted to the modeling of these networks.

In the framework of the Actions de Recherche Coopérative (ARC) of the INRIA, the projet "GDyn: Dynamical analysis of genetic regulatory networks" seeks to bring together multiple competences and to create fruitful collaborations for the analysis of the dynamics of genetic regulatory networks. The ARC involves  mathematicians, computer scientists, and biologists from the ENS Paris, the INRIA Rhône-Alpes, Rocquencourt and Sophia-Antipolis, the université de Haute Alsace (Mulhouse) and the université Joseph Fourier (Grenoble).

The first goal of this ARC is to study the dynamical behavior of PL systems (solutions, equilibrium points, limit cycles, stability, ...). In addition, as a second goal, we strive at the application of concepts from control theory and from the analysis of hybrid systems to this class of PL systems, in order to better describe, simplify, and identify a network. The results of these mathematical studies will be used to develop new computational methods for the analysis of genetic regulatory networks. These methods will be implemented and put to test in a study of the networks involved in the global regulaton of transcription in the bacteria Escherichia coli and Synechocystis.

Contact : Jean-Luc.Gouze@inria.fr or  Hidde.de-Jong@inrialpes.fr

CLOSED    Post-doc for the mathematical and computational analysis of genetic regulatory networks


In the framework of this project, we recruted  a post-doc for the mathematical and computational analysis of genetic regulatory networks





Further information on the projet



Documents and publication: knowing more about the project...

Research groups: the participants and how to reach them...

Agenda: meetings, news,...



Documents and publications:


J.-L. Gouzé et H. de Jong (2002), GDyn : Analyse de réseaux de régulation génique, text of the proposition for the ARC (in French). 

H. de Jong (2002), Modeling and simulation of genetic regulatory systems: A literature review, J. Comput. Biol., 9(1):69-105.

H. de Jong,  J. Geiselmann,  C. Hernandez  et M. Page (2003), Genetic Network Analyzer: Qualitative simulation of genetic regulatory networks, Bioinformatics, 19(3):336-344. Web pages of GNA.

H. de Jong, J.-L. Gouzé, C. Hernandez, M. Page, T. Sari et J. Geiselmann (2002), Qualitative simulation of genetic regulatory networks using piecewise-linear models, rapport de recherche INRIA, RR-4407.

G. Ferrari-Trecate, M. Muselli, D. Liberati et M. Morati (2002), Analysis of discrete-time piecewise affine and hybrid systems, Automatica, 38(12):2139-2146.

J.-L. Gouzé et T. Sari (2002), A class of piecewise linear differential equations arising in biological models, rapport de recherche INRIA, RR-4207.






Research groups:

1.  CEG (Laboratoire Plasticité et Expression des Génomes Microbiens, FRE2383, université Joseph Fourier, Grenoble)

Johannes Geiselmann et Dominique Schneider font partie de l'équipe CEG dans le laboratoire Plasticité et Expression des Génomes Microbiens, placé sous la double tutelle de l'université Joseph Fourier (UJF) et du CNRS (FRE2383). Ils s'intéressent entre autres aux mécanismes moléculaires de l'adaptation des micro-organismes à leur environnement, ainsi qu'aux régulation de l'expression génique et rythmes circadiens chez les bactéries. Les organismes modèles surtout étudiés dans CEG sont Escherichia coli et Synechocystis PCC6803.

Participants à l'ARC : Johannes Geiselmann (Pr université Joseph Fourier) et Dominique Schneider (MdC université Joseph Fourier).

Responsable de l'équipe et adresse : Johannes Geiselmann, CERMO, 460 rue de la Piscine, BP53, 38041 Grenoble Cedex 9.
Téléphone : 04 76 63 56 62
Courriel : Hans.Geiselmann@ujf-grenoble.fr
Page web : http://www.ujf-grenoble.fr/ujf/fr/recherche/labujf/pegm.phtml


2.  COMORE (INRIA Sophia Antipolis)

Le projet COMORE s'intéresse aux systèmes biologiques, et plus particulièrement aux écosystèmes et aux bioréacteurs. L'objectif global de COMORE est d'appliquer et de développer des méthodes de l'automatique (modélisation, identification, estimation, régulation, contrôle optimal, théorie des jeux) et de la théorie des systèmes dynamiques aux ressources vivantes exploitées (ressources renouvelables), afin d'en améliorer la gestion. Notre cadre de pensée est celui de l'automatique : un système, décrit par des variables d'état, est soumis à des entrées (des actions sur ce système que l'on maîtrise ou non), et est décrit par des sorties (les mesures possibles sur le système).

Plus spécifiquement, Olivier Bernard et Jean-Luc Gouzé s'intéressent à l'analyse qualitative des systèmes dynamiques issus de la biologie. Ils ont mis au point des techniques pour étudier des systèmes connus de manière qualitative seulement (par les signes de la matrice jacobienne par exemple).

Participants à l'ARC : Olivier Bernard (CR INRIA) et Jean-Luc Gouzé (DR INRIA).

Chef de projet et adresse : Jean-Luc Gouzé, INRIA Sophia Antipolis, 2004 route des Lucioles, B.P. 93, 06902 Sophia-Antipolis Cedex.
Téléphone : 04 92 38 78 75
Courriel : gouze@sophia.inria.fr
Page web : http://www.inria.fr/comore


3.  HELIX (INRIA Rhône-Alpes)

Le projet HELIX, bi-localisé à l'INRIA Rhône-Alpes (Grenoble) et l'université Claude Bernard (Lyon), s'intéresse à la bioinformatique. Au sein du projet, la bioinformatique est vue comme l'ensemble des méthodes et des outils informatiques destinés à modéliser, analyser et visualiser les diverses entités impliquées dans les processus d'expression et de transmission de l'information génétique, ainsi que les relations que ces entités entretiennent entre elles, en particulier au sein des réseaux géniques et métaboliques. Parmi les axes de recherche de HELIX, on compte la modélisation des gènes et l'inférence de motifs, l'organisation des génomes et cartographie comparée, la phylogénie et évolution, la modélisation dynamique des réseaux de régulation génique, la protéomique et la modélisation de données génomiques et post-génomiques.

Hidde de Jong et Michel Page travaillent sur la modélisation et la simulation de réseaux de régulation génique. Ils ont dévéloppé une méthode de simulation qualitative qui a été impléméntée dans l'outil GNA (Genetic Network Analyzer) et appliquée à des réseaux de régulation réels.

Participants à l'ARC : Hidde de Jong (CR INRIA) et Michel Page (MdC université Pierre Mendès France, Grenoble).

Chef de projet et adresse : François Rechenmann, INRIA Rhône-Alpes, 655 avenue de l'Europe, Montbonnot, 38334 Saint Ismier CEDEX.
Téléphone : 04 76 61 53 65
Courriel : francois.rechenmann@inrialpes.fr
Page web : http://www.inrialpes.fr/helix (en reconstruction)


 4. LMA (Laboratoire Mathématiques et Applications, EA 1108, université de Haute Alsace, Mulhouse)

Tewfik Sari est membre du Laboratoire Mathématiques et Applications de l'université de Haute Alsace à Mulhouse (EA 1108). Il s'intéresse aux méthodes géométriques et asymptotiques pour les équations différentielles ordinaires, ainsi qu'à leurs applications, principalement en biologie. Pendant 2001-2002, Tewfik Sari a été accueilli en délégation dans le projet COMORE.

Participants à l'ARC : Tewfik Sari (Pr université de Haute Alsace).

Responsable du laboratoire et adresse : Michel Goze, Laboratoire de Mathématiques et Applications, université de Haute Alsace, 4 rue des Frères Lumière, 68093 Mulhouse.
Téléphone : 03 89 33 64 28
Courriel : M.Goze@uha.fr
Page web : http://www.math.univ-mulhouse.fr/


5.  SOSSO (INRIA Rocquencourt)

Le projet SOSSO mène des recherches en modélisation et commande motivées par des problèmes dans deux domaines d'application privilégiés, l'automobile (modélisation, commande et diagnostic des systèmes de dépollution) et la santé (modélisation des systèmes cardio-respiratoire et de reproduction et de leur contrôle en vue de l'aide au diagnostic). Cela conduit à des problèmes de modélisation mathématique, d'identification et de commande de divers types de systèmes, principalement des systèmes à retards, à hystérésis ou hybrides. Récemment, les travaux de modélisation du coeur (ARC ICEMA2) l'ont conduit à s'intéresser à la modélisation et à la commande de systèmes multi-échelles.

Dans le domaine des systèmes hybrides, les compétences de Giancarlo Ferrari-Trecate sont l'analyse de l'observabilité et de la stabilité, l'estimation d'état et l'identification des systèmes affines par morceaux. Dans le projet, Frédérique Clément et Michel Sorine s'intéressent plus particulièrement aux problèmes de régulation dans des systèmes biologiques (régulation ovarienne par exemple).

Participants à l'ARC : Frédérique Clément (CR INRIA), Giancarlo Ferrari-Trecate (CR INRIA) et Michel Sorine (DR INRIA).

Chef de projet et adresse : Michel Sorine, INRIA Rocquencourt, Domaine de Voluceau, Roquencourt, B.P. 105, 78153 Le Chesnay Cedex.
Téléphone : 01 39 63 56 48
Courriel : Michel.Sorine@inria.fr
Page web : http://www-rocq.inria.fr/sosso


6.  TOP (Laboratoire Organismes Photosynthétiques et Environnement, UMR 8543, École Normale Supérieure, Paris)

L'équipe TOP, dirigée par Jean Houmard, fait partie du Laboratoire Organismes Photosynthétiques et Environnement (UMR 8543), placé sous la double tutelle de l'École Normale Supérieure de Paris et du CNRS. Les membres de TOP ont pour objectif d'élucider les mécanismes moléculaires mis en jeu par les cyanobactéries -- procaryotes photosynthétiques qui produisent environ 20% de l'oxygène de la Planète -- lors de leur adaptation aux changements dans les paramètres environnementaux. Le rôle que pourraient jouer les nucléotides cycliques (AMPc et GMPc) dans ces phénomènes est plus particulièrement étudié. Chez les organismes eucaryotes, ces seconds messagers sont en effet impliqués dans nombre de régulations globales et les cyanobactéries sont, à ce jour, les seuls procaryotes à posséder les deux types de nucléotides cycliques.

Pour ces études, des approches aussi globales que possible sont menées, transcriptome (J.C. Cadoret) et protéome (J. Wang), sur des cyanobactéries modèles, pour lesquelless les séquences complètes de génome sont disponibles. Parallèlement, une caractérisation biochimique des enzymes et protéines impliquées dans les voies de transduction du signal est menée par Chantal Guidi-Rontani.

Participants à l'ARC : Chantal Guidi-Rontani (CR CNRS) et Jean Houmard (DR CNRS).

Responsable de l'équipe et adresse : Jean Houmard, département de biologie, École Normale Supérieure, 46 rue d'Ulm, 75230 Paris Cedex 05.
Téléphone : 01 44 32 35 19
Courriel : jhoumard@biologie.ens.fr
Page web : http://www.biologie.ens.fr/fr/photoreg/umr8543_99.html



Agenda:

Kick-off meeting: 28 February 2003 (ENS Paris)


Mathematical Modeling of Genetic Regulatory Networks, Hidde de Jong.

A class of piecewise linear differential equations arising in biological models, JL Gouzé et T. Sari