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1 MeForBio IRCCyN - Institut de Recherche en Communications et en Cybernétique de Nantes

Abstract : Representing and analyzing large biological regulatory networks arethe two main challenges of the understanding of the livingmachinery. The work we expose here focuses on discrete modeling,usually composed of graphs and sets of parameters, and especiallyon a previously developed framework called Process Hitting, whichallows to give an atomistic representation of some components andtheir combined dynamics. In this thesis, we propose several newframeworks that consist of alternatives to the Process Hitting. Theirhigher expressivity permits to integrate discrete constraints intomodels based on the knowledge of reaction durations orsynchronicity relationships. We also propose a new method toanalyze the dynamics of such models by abstract interpretationwhich allows to answer reachability questions and is well-suited tolarge-scale models made of hundreds of components, andpotentially more. This method relies on an approximation of thedynamics that avoids the combinatorial explosion usually inherent tosuch analyses, thus answering in in tenths of a second at the priceof being sometimes inconclusive. At last, we discuss the formalbonds between the different formalisms developed in this thesis andthe link with some other widespread discrete modelings. Wepropose several translations from and to these other modelings, inorder to benefit from the high power of modeling and analysis ofthese different frameworks.

Résumé : La représentation et l’analyse des grands réseaux de régulationbiologique sont les deux défis majeurs dans la compréhension desmécanismes du vivant. Le travail exposé dans cette thèse seconcentre sur les modèles discrets, souvent représentés sous laforme de graphes et d’ensembles de paramètres. Il s’inspirenotamment d’un formalisme préalablement développé, appeléFrappes de Processus, qui repose sur une représentation atomiqued’un ensemble de composants et de leur dynamique. Nousproposons dans cette thèse plusieurs représentations alternatives àce formalisme, qui possèdent une plus grande expressivité. Cesreprésentations sont adaptées à l’intégration de contraintesdiscrètes dans les modèles provenant de durées relatives ou derelations de synchronisme entre certaines réactions. Nousproposons par ailleurs une méthode d’analyse de la dynamique parinterprétation abstraite qui permet de répondre à des questionsd’atteignabilité. Cette méthode est spécifiquement adaptée à l’étudedes modèles de grande taille, pouvant contenir plusieurs centainesde composants, et potentiellement davantage. Elle repose en effetsur une approximation de la dynamique qui évite ainsi l’explosioncombinatoire inhérente à ce type d’analyse, permettant de répondreen quelques dixièmes de secondes au prix d’être parfois nonconclusive. Enfin, nous traçons des liens formels entre les différentsformalismes développés dans cette thèse, ainsi qu’avec plusieursautres modélisations discrètes répandues. Nous permettons ainsi àun modèle de jouir des capacités de représentation et d’analyse deplusieurs formalismes à la fois.

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Keywords : biological regulatory networks process hitting Thomas modeling static analysis reachability asynchronous framework

Mots-clés : atteignabilité modèle de Thomas analyse statique formalisme asynchrone réseaux de régulation biologique frappes de processus





Autor: Maxime Folschette -

Fuente: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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