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Dans ce travail, nous avons établi un modèle dynamique d’équations différentielles de la glycolyse de Bacillus subtilis, comprenant à la fois les régulations transcriptionnelles et enzymatiques. La validation complète d’un modèle aussi complexe n’est pas faisable à l’heure actuelle. De ce fait, nous avons développé une stratégie de validation, guidée par le modèle, pour diminuer le nombre d’expériences et pour se focaliser uniquement sur les points clés de la régulation. L’analyse du modèle à l’équilibre a donc fait ressortir : les propriétés structurelles fortes de la glycolyse, les enzymes clés impliqués et les régulations enzymatiques indispensables. Notre objectif était donc de valider les régulations enzymatiques prédites et de démontrer les propriétés structurelles du modèle d’u[...]

Dans ce travail, nous avons établi un modèle dynamique d’équations différentielles de la glycolyse de Bacillus subtilis, comprenant à la fois les régulations transcriptionnelles et enzymatiques. La validation complète d’un modèle aussi complexe n’est pas faisable à l’heure actuelle. De ce fait, nous avons développé une stratégie de validation, guidée par le modèle, pour diminuer le nombre d’expériences et pour se focaliser uniquement sur les points clés de la régulation. L’analyse du modèle à l’équilibre a donc fait ressortir : les propriétés structurelles fortes de la glycolyse, les enzymes clés impliqués et les régulations enzymatiques indispensables. Notre objectif était donc de valider les régulations enzymatiques prédites et de démontrer les propriétés structurelles du modèle d’un point de vue biologique en les perturbant. Premièrement, le modèle prédit un certain nombre de régulations enzymatiques critiques que nous avons vérifié expérimentalement. Notre approche, guidée par le modèle mathématique, nous a permis de faire des découvertes inattendues. Le modèle prédit que la glucose-6-phosphate déshydrogénase et la phosphofructokinase sont inactivées par le phosphoenolpyruvate (PEP). Nous avons purifié les enzymes de B. subtilis et nous avons pu démontrer pour les deux enzymes une inhibition non compétitive par le PEP. Le modèle prédit également que la pyruvate kinase est activée par le ribose-5-phosphate (R5P). De manière inattendue, les essais enzymatiques avec la pyruvate kinase purifiée de B. subtilis et taguée en N-terminus n’a montré aucune activation par le R5P ou par aucun des activateurs connus de la pyruvate kinase chez d’autres espèces. En revanche, la pyruvate kinase purifiée de B.subtilis, mais taguée en C-terminus est bien activée par le R5P, démontrant ainsi l’implication de la partie N-terminale de la protéine dans la stabilité de l’enzyme. Enfin, le modèle a également démontré que la pyruvate kinase et la phosphofructokinase sont fortement corrélées afin de maintenir la robustesse de la glycolyse. Il est donc intéressant de constater que les gènes codant pour ces deux enzymes forment un opéron (pfk-pyk). Afin de perturber cette régulation, nous avons découplé les gènes de cet opéron, chacun sous contrôle d’un promoteur inductible. Les résultats montrent que la robustesse de la glycolyse de B. subtilis est très forte, et qu’elle est très difficile à perturber. Pour conclure, ce travail a permis de valider le modèle mathématique établi en amont, tout en démontrant les difficultés et les atouts d’une collaboration entre mathématiques et biologie, pour expliquer les réseaux biologiques aussi complexes.