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Structure, dynamique et robustessedes réseaux de régulation
transcriptionnelle
Bernard Vandenbunder
Réunion satellite JOBIM 9 Juillet 2005Des mesures aux modèles et des modèles aux mesures
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Stimuli extérieurs
Voies de signalisation
Facteurs de transcription
Gènes
Protéines
ARNm
1 2
un modèle simple
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Systematic determination of genetic network architectureTavazoie S … and Church GM (1999), Nature Genetics, 22:281-5.
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Identifying regulatory networks by combinatorial analysis of promoter elements Pilpel, Y., Sudarsanam, P., and Church, G. M. (2001) Nat Genet 29, 153-9. .
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Transcriptional regulatory networks in Saccharomyces cerevisiae Lee … and RA Young (2002), Science 298, 799-804.
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From David D Goodsell, http://www.scripps.edu/pub/goodsell/illustration/public/
Les réseaux de régulation transcriptionnelle dans un environnement non idéalisé …
Peptidoglycan
Ribosome
DNA
mRNA
Proteins
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The structure of histone-depleted metaphase chromosomes Paulson, J.R. and Laemmli, U.K.Cell, 12, 817-28, 1977
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Number Genome Size of the object Compaction of genes size Size of DNA
E Coli 4300 4,6 Mbases 2m / 3 mm 1500 S Cerevisiae 6000 12 M bases 2m / 8 mm 4000 H Sapiens 25.000 3.300 M Bases 10m / 2 m 20.000
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From Alberts et al.Molecular Biology of the CellThird Edition. Chapter 8, fig. 8.24
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http://www.mol.biol.ethz.ch/groups/richmond/projects/nucleosome
110 Å
50 Å
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Multisubunit RNA polymerases. Cramer P (2002) Curr Opin Struct Biol. 12:89-97
110 Å
RNA polymerase II takes 30 seconds to one minute to transcribe a 1 kilobase long gene
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Quelques ordres de grandeur
102 to 103 bp : 400 genes103 to 104 bp : 6000 genes, 1 à 10 minutes104 to 105 bp : 12.200 genes 10 à 100 min 105 to 106 bp : 3200 genes106 to 2.4 106 bp : 62 genes 16 à 24 h
Nombre de transcrits par gène : 0,1 à 106.
Longueur des gènesH. Sapiens
E. Coli H. SapiensNombre de gènes 3.200 25.000
Nombre de facteurs de transcription 150 2.000
jusque 106 mRNA globine dans les cellules érythroïdes
15.000 mRNA actine / noyau dans les fibres musculaires
10 à 100 copies pour les mRNA codant pour les facteurs de transcription
Dans une cellule HeLa, il y a environ 100 mol. RNA pol / gène codant rRNA
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H1
Transcription factoractivator
Co-activators HAT
Chromatin remodelling complexes
SWI/SNF
H1 H1 H1 H1 H1 H1 H1 H1 H1 H1 H1 H1 H1H1
l’initiation de la transcription
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H1
HAT
Chromatin remodelling complexes
SWI/SNF
H1 H1 H1 H1 H1 H1 H1 H1
Transcription Factorinhibitor
HDAC
H1 H1
Co-activators
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NTD
CTD
D’après Sakamuro & Prendergast,Oncogene (1999), 18, 2949-54
TRRAP
Bin1
p107
Tub
AP2
TFII-I
Miz1BRCA1
Max
YY1
TIP48
TIP49
actin
BAF53
Max Mad
mSin3
Myc
ProliférationTransformation
HDACs
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From Shang et al., 2000Cofactor dynamics and sufficiency in estrogen receptor regulated transcriptionCell, 103, 843-852
ChIp
Amplification
DNA extraction
Lysis, sonication and immunoprecipitation
Fixation
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ReChIp
1st Immunoprecipitation
2d Immunoprecipitation
, ou et ?
Amplification
DNA extraction
From Métivier et al., 2000Estrogen receptor – a directs ordered, cyclical and combinatorial recruitment of cofactors on a natural target promoter. Cell, 115, 751-63
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Alternative recruitments, alternative cycles
Existence of a transcriptional clock
Recruitment of co-activators and co-inhibitors
Receptor degradation between each cycle
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… après l’initiation de la transcription …
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Precision and functional specificity in mRNA decay, Wang, Y et al. (2002). Proc Natl Acad Sci U S A 99, 5860-5 .
Global analysis of stress-regulated mRNA turnover by using cDNA arrays, Fan, J. et al. (2002). Proc Natl Acad Sci U S A 99, 10611-6.
Facteurs de transcription
Gènes
Protéines
ARNmSynthèse
Dégradation
… régulation de la stabilité des ARNs messagers …
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Control of gene expression during T cell activation: alternate regulation of mRNA transcription and stability.Cheadle et al., (2005), BMC Genomics, 6:75
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… régulation par les petits ARNs messagers …
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… régulation par les petits ARNs messagers …
From Gottesman, S. (2002). Stealth regulation: biological circuits with small RNA switches, Genes Dev 16, 2829-42.
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Structure, dynamique et robustessedes réseaux de régulation
transcriptionnelle
Réunion satellite JOBIM 9 Juillet 2005Des mesures aux modèles et des modèles aux mesures
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Modeling the molecular regulatory mechanism of circadian rhythms in DrosophilaLeloup & Goldbeter, BioEssays. 2000, 22; 84-93
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![Page 31: Structure, dynamique et robustesse des réseaux de régulation transcriptionnelle Bernard Vandenbunder Réunion satellite JOBIM 9 Juillet 2005 Des mesures](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070309/551d9d8e497959293b8c4251/html5/thumbnails/31.jpg)
"The Circadian Clock That Controls Gene Expression in Arabidopsis Is Tissue Specific.“ Thain, S. C., G. Murtas, et al. (2002). Plant Physiol. 130(1): 102-110.
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A serum shock induces circadian gene expression in mammalian tissue culture cells.Balsalobre A, Damiola F, Schibler U. Cell. 1998 93:929-37.
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Input OutputClockZeitgeber
The network of time: understanding the molecular circadian system. Roenneberg T and Merrow M Current Biol., 13, R196-204
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The IkappaB-NF-kappaB signaling module: temporal control and selective gene activation, Hoffmann …and D. Baltimore. (2002). Science 298, 1241-5.
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![Page 36: Structure, dynamique et robustesse des réseaux de régulation transcriptionnelle Bernard Vandenbunder Réunion satellite JOBIM 9 Juillet 2005 Des mesures](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070309/551d9d8e497959293b8c4251/html5/thumbnails/36.jpg)
Oscillations in NF-kB signaling control the dynamics of gene expression, Nelson DE …and MRH White. (2004). Science 306, 704-8.
![Page 37: Structure, dynamique et robustesse des réseaux de régulation transcriptionnelle Bernard Vandenbunder Réunion satellite JOBIM 9 Juillet 2005 Des mesures](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070309/551d9d8e497959293b8c4251/html5/thumbnails/37.jpg)
Structure, dynamique et robustessedes réseaux de régulation
transcriptionnelle
Réunion satellite JOBIM 9 Juillet 2005Des mesures aux modèles et des modèles aux mesures
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0 0.5 2 4 8 24 h
ETS1
uPA
Collagenase
PAI-1
GAPDH
SF
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![Page 41: Structure, dynamique et robustesse des réseaux de régulation transcriptionnelle Bernard Vandenbunder Réunion satellite JOBIM 9 Juillet 2005 Des mesures](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070309/551d9d8e497959293b8c4251/html5/thumbnails/41.jpg)
from http://www.medicine.man.ac.uk/esrg/jdavis.htm
Gene expression regulation: ”a noisy business”
![Page 42: Structure, dynamique et robustesse des réseaux de régulation transcriptionnelle Bernard Vandenbunder Réunion satellite JOBIM 9 Juillet 2005 Des mesures](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070309/551d9d8e497959293b8c4251/html5/thumbnails/42.jpg)
Dynamic patterns of growth hormone gene transcription in individual living pituitary cells, Norris, A. J., et al. (2003), Mol Endocrinol 17, 193-202.
![Page 43: Structure, dynamique et robustesse des réseaux de régulation transcriptionnelle Bernard Vandenbunder Réunion satellite JOBIM 9 Juillet 2005 Des mesures](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070309/551d9d8e497959293b8c4251/html5/thumbnails/43.jpg)
Transcription occurs in pulses in muscle fibersNewlands et al., Genes & Dev. 1998, 12:2748-58
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Expression de la gal sous le contrôle du promoteur du gène codant Tn1
![Page 45: Structure, dynamique et robustesse des réseaux de régulation transcriptionnelle Bernard Vandenbunder Réunion satellite JOBIM 9 Juillet 2005 Des mesures](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070309/551d9d8e497959293b8c4251/html5/thumbnails/45.jpg)
adulteflexor digitorum brevis
embryon E 16.5quadriceps
embryon E 16.5tibialis anterior
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from Becskei & Serrano., Nature. 2000, 405; 590-3Engineering stability in gene networks by autoregulation
![Page 47: Structure, dynamique et robustesse des réseaux de régulation transcriptionnelle Bernard Vandenbunder Réunion satellite JOBIM 9 Juillet 2005 Des mesures](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070309/551d9d8e497959293b8c4251/html5/thumbnails/47.jpg)
Fractal dynamics in physiology: Alterations with disease and agingAry L. Goldberger et al. PNAS. 2002 99: 2466–2472
![Page 48: Structure, dynamique et robustesse des réseaux de régulation transcriptionnelle Bernard Vandenbunder Réunion satellite JOBIM 9 Juillet 2005 Des mesures](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070309/551d9d8e497959293b8c4251/html5/thumbnails/48.jpg)
Studies on structure, dynamics and robustness of regulatory networks, in the context of multifactorial diseases
![Page 49: Structure, dynamique et robustesse des réseaux de régulation transcriptionnelle Bernard Vandenbunder Réunion satellite JOBIM 9 Juillet 2005 Des mesures](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022070309/551d9d8e497959293b8c4251/html5/thumbnails/49.jpg)
Biology
BiochemistryChemistry
Physics
MathematicsTheoretical/StatisticalPhysics
Bioinformatics
Physics
Chemistry
Biology
Micro/nanotechnologies
Imaging Modelling
Manipulating
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- The focus on formation
- The integration of new teams
- The conception of a new building
A strategy of development
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Ecole thématique Interdisciplinaire
« Microscopie Fonctionnelle en Biologie »
Ile d’Oléron, 12/17 septembre 2004
Noise and robustness in transcriptional regulatory networks
September 3/7 2005
Interdisciplinary workshop
http://www.ibl.fr/noisitransnet/
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Structuration des surfaces de silicium fonctionnalisées, applications à la biologie Rabah Boukherroub (IRI@IEMN)
Modélisation et simulation des nanosystèmes biologiques Ralf Blossey (IRI@IEMN),
Systems Epigenomics, Arndt Benecke (IRI@IHES&IBL)
Approche protéomique et fonctionnelle du remodelage de la chromatine Pierre Olivier Angrand (IRI@IBL*)
Equipe “Physique expérimentale”, Didier Stievenard (IEMN)
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Institut d’Électronique, de Microélectroniqueet de Nanotechnologie
Laboratoire d’Informatique Fondamentale de Lille
Laboratoire de physique des lasersAtomes et molécules
Institut de Biologie de Lille Génopole de Lille
Équipe « analyse de séquences régulatrices et réseaux de régulation
transcriptionnelle »
Institut de Recherches Interdisciplinaires
Algèbre, Géométrie, Analyse, Topologie
Laboratoire de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle
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Architect : Gilles Bouchez
BET GEC Ingénierie
2000 square meters110 researchers, technical and administrative staff
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completion : July 2007
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http://iri.ibl.fr
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