BIOPHYSIQUE THEORIQUE ET BIOLOGIE DES SYSTEME:

PARMEGGIANI Andrea (Professeur, Université de Montpellier)
RADULESCU Ovidiu (Professeur, Université de Montpellier)

Team

BUFFARD Marion Doctorante marion.buffard arobase umontpellier.fr

CIANDRINI Luca

MC UM2

luca.ciandrini arobase univ-montp2.fr

HODGKINSON Arran Doctorant arran.hodgkinson arobase umontpellier.fr

PARMEGGIANI Andrea

Professor UM2

andrea.parmeggiani arobase univ-montp2.fr

RADULESCU Ovidiu

Professor UM2

ovidiu.radulescu arobase univ-montp2.fr

 
Biophysique théorique et Biologie des Systèmes

Notre équipe développe des approches physiques, mathématiques et informatiques ciblant la compréhension de la fonction dans des systèmes biologiques. Notre objectif central est de détecter, à différentes échelles et en fonction de l’individu, les détails qui sont critiques pour le fonctionnement cellulaire normal et pathologique. Cet objectif est essentiel pour le développement des approches thérapeutiques nouvelles contre des maladies et agents infectieux complexes.

 

Axes de recherche :

Axe 1 : Grands réseaux de régulation : des interactions moléculaires à la fonction biologique

Nous développons des méthodes mathématiques pour construire et analyser des grands réseaux biochimiques impliqués dans la signalisation et dans le métabolisme cellulaires. Ces réseaux sont des grands systèmes de molécules (ADN, ARN, protéines, petites molécules) en interaction, dont on étudie la dynamique dans l’espace et dans le temps. Même si nos approches s’appliquent au fonctionnement des mécanismes de régulation de tous les organismes, nous accordons une importance particulière aux études des réseaux de régulation dans les organismes eucaryotes supérieurs, importants pour les problèmes de santé humaine. Pour améliorer l’efficacité de nos méthodes mathématiques nous exploitons des propriétés notables des réseaux de régulation biologiques telles que la modularité, la nature multi-échelle et la robustesse.

Quelques applications de nos approches : i) les réseaux de signalisation et le cancer (tumeur d’Ewing, cancer du col de l’utérus) ; ii) la modélisation hybride du cycle cellulaire ; iii) les modèles intégrés du métabolisme des lipides dans plusieurs espèces (échanges et synthèse d’acides gras dans le foie chez la souris, synthèse des phospholipides chez Plasmodium falciparum) ; iv) la canalisation des premiers stades du développement de la Drosophile ; v) la robustesse des réseaux de régulation complexes ; vi) les réseaux stochastiques.

Axe 2 : Biophysique théorique : de la molécule individuelle à la structure et la dynamique des assemblages supramoléculaires

En utilisant les principes de la mécanique statistique, nous développons des modèles physiques de processus cellulaires à l’échelle supramoléculaire, tels que le transport de protéines sur un réseau complexe de filaments ou les interactions protéine-protéine sur une structure nanotubulaire. A titre d’exemple nous souhaitons comprendre comment un substrat élastique peut moduler, même à grande distance, les interactions entre protéines et comment ces interactions peuvent influencer la nucléation, la formation de motifs, le transport, l’organisation d’assemblages, ainsi que le tri de protéines. Plus généralement, nous sommes intéressés par les phénomènes collectifs de non-équilibre de nucléation, croissance et transport dans le cytoplasme, sur des membranes, filaments ou réseaux complexes de filaments. Cette connaissance permet également de modéliser in silico les expériences d’intérêt en biologie et biophysique.


Quelques projets récents :

i) Instabilités mécaniques de membranes lipidiques tubulaires, interactions protéine/protéine et protéines/membrane,
ii) propriétés dynamiques collectives de gaz sur réseau à basse dimension pour étudier les processus intracellulaires des protéines motrices,
iii) réponse de la tubuline et des microtubules à l’action d’une pression hydrostatique,
iv) nucléation, croissance et maturation des bio-films de Mycobacterium smegmatis ;
v) description in silico des expériences de microscopie et spectroscopie de fluorescence.

Anciens projets :
i) propriétés stochastiques et de non-équilibre des moteurs moléculaires individuels ;
ii) mécanisme de production de force et transport dans les systèmes d’acto-myosine sous dépletion de l’ATP.


Axe 3
 :
Modélisation hiérarchique : de la molécule individuelle et des interactions moléculaires à la cellule virtuelle

Cet axe représente une synthèse des axes 1 et 2. En combinant les descriptions à différentes échelles, nous intégrons les processus physiques et les réseaux de régulation dans des modèles encore plus réalistes de processus cellulaires. Notre méthodologie, qui peut être appelée modélisation hiérarchique, est basée sur des méthodes de réduction et de conversion de modèle. En mettant des bases théoriques solides pour la modélisation hiérarchique, nous contribuons à l’effort plus large au niveau international qui vise la modélisation intégrée de cellules biologiques virtuelles.

Dans la même rubrique :

 

 

- 2015 Publications -

Sanchez A., Cattoni D., Walter J.-C., Rech J., Parmeggiani A., Nollmann M., Bouet J.-Y. (2015) Stochastic Self-Assembly of ParB Proteins Builds the Bacterial DNA Segregation Apparatus, Cell Systems, vol. 1 p.163-173

Golushko I.Y., Rochal S.B., Parmeggiani A., Lorman V.L. (2015) Instabilities and shape variation phase transitions in tubular lipid membranes, arXiv preprint arXiv :1501.00258

Baiesi M., Carlon E., Parmeggiani A. (2015) Fundamental Problems in Statistical Physics XIII Special Issue, Physica A Statistical Mechanics and its Applications 418, 1-5

Ciandrini L. (2015) Molecular motors with a stepping cycle: from theory to experiments.  Proceedings of Traffic and Granular Flow '13, pp 619-627, Springer

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Radulescu O., Vakulenko S., Grigoriev D. (2015) : Model reduction of biochemical reactions networks by tropical analysis methods. Mathematical Models of Natural Phenomena 10(3), 124-138

Fardin M-A., Radulescu O., Morozov A., Cardoso O., and Lerouge S..  (2015) Stress diffusion in shear banding wormlike micelles. Journal of Rheology, in press

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Parmeggiani A., Neri I., Kern N. (2014) Modelling Collective Cytoskeletal Transport and Intracellular Traffic - The Impact of Applications on Mathematics - 1-25


Noel V., Grigoriev D., Vakulenko S., Radulescu O. (2014) Tropical and Idempotent Mathematics and Applications, Contemporary Mathematics vol. 616, chap. Tropicalization and tropical equilibration of chemical reactions. American Mathematical Society.

Soliman S., Fages F., Radulescu O. (2014) : A constraint solving approach to model reduction by tropical equilibration. Algorithms for Molecular Biology 9(1), 24.

 

- 2013 Publications -

Raguin A.,  Parmeggiani A., Kern N. (2013) Role of network junctions for the totally asymmetric simple exclusion process Physical Review E 88 - 042104-1/15


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Fargier G., Favard C., Parmeggiani A., Sahuquet Q., Mérezègue F., Morel A., Denis M., Molinari N., Mangeat P.H., Coopman P.J., Montcourrier P.I. (2013) Centrosomal targeting of Syk kinase is controlled by its catalytic activity and depends on microtubules and the dynein motor, FASEB J. 27 109-122;


Neri I., Kern N., Parmeggiani A. (2013) Modelling intracellular traffic : an interplay between passive diffusion and active transport,Phys. Rev. Lett. Phys. Rev. Lett. 110. 098102;


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Innocentini G.C.P., Forger M., Ramos A.F., Radulescu O., Hornos J.E.M. (2013) Multi-modality and flexibility of stochastic gene expression. Bulletin of Mathematical Biology, 75:2600-30.


Noel V., Vakulenko S., Radulescu O.  (2013) A hybrid mammalian cell cycle model. Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science - 125: 68-83.


Sen P., Vial H.J., Radulescu O. (2013) Kinetic modelling of phospholipid synthesis in Plasmodium knowlesi unravels crucial steps and relative importance of multiple pathways. BMC Systems Biology, 7:123.