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Thèse Année : 2004

Algorithms for the research of functionnaly related classes of genes by the analysis of proximities and of the similarities of sequences

Algorithmes pour la recherche de classes de gènes en relations fonctionnelles par analyse de proximités et de similarités de séquences

Résumé

Our study focuses on ABC transporters in complete bacterial genomes. The bioinformatic analysis of these systems includes the identification of partners, the assembly, the reconstruction of incomplete systems, the classification in sub-families, and the identification of the carried substrate. This thesis proposes tools allowing the study of these problems by using computational methods. The biological hypotheses employed are : (i) neighbor genes on the chromosome can be implicated in a same metabolic process if they are conserved during evolution, and (ii) genes with similarities of sequences can allow the synthesis of proteins of the same function. Three studies have been made on ABC transporters : * The exploration of chromosomical neighborhood. According to the hypothesis which says that the closer the genes conserved in the neighborhood of a transporter are, the stronger their functionnal link with the transporter is, we try to identify the carried substrate or associations between genes. This problem is treated by a resolution method stemming from the constraints satisfaction problems. * Classification. ABC transporters are classified into big categories in function of the molecules they carry (sugars, ...). For each domain, by representing the homological relations by a graph, the research for the high density areas allow us to determine sub-classes of substrate. * The reconstitution of incomplete systems. ABC transporters are assembled using the chromosomical proximity of the genes coding for the domains, and the compatibility of the sub-families of the domains. When the proximity is not respected, we use a strategy developped from a method of graph analysis to assemble the domains and predict the active systems. These methods, complementary to the identification of partners and of the assembly process, allow a functional study of the ABC transporters. They could be applied to other biological systems.
Notre étude porte sur les transporteurs ABC dans les génomes bactériens complets. L'analyse bioinformatique du répertoire de ces systèmes comprend l'identification des partenaires, l'assemblage, la reconstruction des systèmes incomplets, la classification en sous-familles, et l'identification du substrat transporté. Cette thèse propose des outils permettant l'étude de ces problèmes par l'utilisation de méthodes informatiques. Les hypothèses biologiques employées sont que : (i) des gènes voisins sur le chromosome peuvent être impliqués dans un même processus métabolique s'ils ont été conservés au cours de l'évolution, et (ii) des gènes présentant des similarités de séquence peuvent permettre la synthèse de protéines de même fonction. Trois études ont été menées sur le répertoire des transporteurs ABC : * L'exploration du voisinage chromosomique. D'après l'hypothèse selon laquelle plus les gènes conservés dans le voisinage d'un transporteur sont proches, plus leur lien fonctionnel avec le transporteur est fort, on essaye d'identifier le substrat transporté ou des associations de gènes. Ce problème est traité par une méthode de résolution issue des problèmes de satisfaction de contraintes. * La classification. Les transporteurs ABC sont classés par grandes catégories en fonction des molécules qu'ils transportent (sucres, ...). Pour chaque domaine, en représentant les relations d'homologie par un graphe, la recherche des zones de forte densité permet de déterminer des sous-classes de substrat. * La reconstitution des systèmes incomplets. Les transporteurs ABC sont assemblés en utilisant la proximité chromosomique des gènes codant pour les domaines et la compatibilité des sous-familles de domaines. Lorsque la proximité n'est pas respectée, on utilise une stratégie développée à partir d'une méthode d'analyse de graphes pour assembler les domaines et prédire des systèmes actifs. Ces méthodes, en complément de l'identification des partenaires et de l'assemblage, permettent une étude fonctionnelle des transporteurs ABC. Elles pourraient être appliquées à d'autres systèmes biologiques.
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Dates et versions

tel-00008447 , version 1 (11-02-2005)

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  • HAL Id : tel-00008447 , version 1

Citer

Tristan Colombo. Algorithmes pour la recherche de classes de gènes en relations fonctionnelles par analyse de proximités et de similarités de séquences. Autre [cs.OH]. Université de la Méditerranée - Aix-Marseille II, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00008447⟩

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