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Objet

L'objectif général de ce travail est la recherche de nouvelles approches pour appréhender l'architecture 3d des génomes dans la perspective d'interpréter de manière aussi exhaustive que possible les informations qu'ils contiennent. A terme, notre but est de concevoir des outils logiciels qui utilisent des critères 3d pour l'analyse bioinformatique des génomes.

Description

En lançant le séquençage systématique des génomes de nombreux organismes, les biologistes espèrent découvrir ce qui régit le fonctionnement des cellules. Pour cela, ils ont besoin de clés et de méthodes pour décrypter les codages et reconnaître les séquences ou motifs informatifs, voire comparer différents organismes. D'autre part, nous menons des travaux avec des biologistes de l'IBP sur l'analyse des structures tri-dimensionnelles des gènes chez A. thaliana. Notre approche vise à enrichir les critères classiques d'analyse par des informations relatives à la structure et à l'organisation spatiales des chromosomes. Ceci nécessite d'une part une nouvelle modélisation, en termes de représentation de données 3d des informations génomiques, et d'autre part de nouveaux traitements sur l'architecture tri-dimensionnelle du génome. La découverte de critères nouveaux pour l'analyse des génomes doit nécessairement être inférée à partir de données biologiques réelles et d'une expertise sur l'interprétation de ces données, notamment les structures géométriques et dynamiques 3d de l'ADN. L'apport de la représentation et la visualisation 3d dans un premier temps, permet au biologiste d'analyser la contribution des structures géométriques du génome à son interprétation. On peut par exemple savoir s'il existe des liens entre la structure 3d et les annotations des gènes. Cette analyse humaine (biologique) sert de base à une étude de quantification des caractéristiques structurales pertinentes (figure 2), et ce en termes d'analyse et d'algorithmique. Cela permet d'une part d'exhiber de nouvelles caractéristiques et d'autre part la compréhension de certains comportements des éléments architecturaux du génome.

Résultats et perspectives

La première étape de ce travail avait pour objectif l'élaboration d'un outil informatique sans équivalent à ce jour : ADN-Viewer (figures 1 et 3). Cet outil permet la visualisation 3d (et stéréoscopique) de l'ADN à l'échelle génomique. Il offre en outre la possiblité d'explorer et de traiter automatiquement le contenu génomique (gènes, introns, exons, ...). Le noyau de modélisation 3d du génome de cet outil nous a permis de mener des analyses quantitatives sur la compaction et la courbure spatiales de 35 génomes ainsi que sur la structure tri-dimensionnelle des régions inter-géniques (chez S. cerevisiae, en collaboration avec des informaticiens du LRI et des biologistes de l'IGM, figure 3) et intra-géniques (chez A. thaliana, en collaboration avec des biologistes de l'IBP). Ces analyses apportent aujourd'hui des éléments nouveaux sur la caractérisation du génome. Nous envisageons à moyen terme de valider voire d'affiner le modèle de conformation 3d du génome sur lequel se base la prédiction de sa structure spatiale.

Références

[1] R. Gherbi, J. Hérisson : ``3D modeling tools for spatial-based in silico analysis of DNA''. International Electronic Journal on Computer Graphics and Geometry. Vol. 3, N <sup>o</sup>1. 2001. [2] J. Hérisson, R. Gherbi : ``Model-based prediction of 3D trajectory of huge DNA: Visualization and exploration''. BIBE 2001, 2nd IEEE International Symposium on Bioinformatics and Bioengineering. Washington, USA. November 2001.

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