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Analyse multi-échelle de la mécanique de l'actine ramifiée.
No full textLa polymérisation de filaments d'actine contre une membrane peut générer des forces importantes entraînant l'endocytose chez la levure ou la formation de lamellipodes à l'extrémité de cellules motiles comme les kératocytes. Cette polymérisation est thermodynamiquement favorable car l'ajout d'un monomère s'accompagne d'une diminution du potentiel chimique. Cependant, la croissance du filament ralentie lorsqu'une contrainte lui est opposée, évaluant la force de décrochage à quelques pN. Si ce schéma est bien établi pour un filament unique, il n'est pas évident de le transposer à un réseau composé de centaines de filaments comme le lamellipodium. Plus généralement, comprendre l'émergence de caractéristiques à grande échelle à partir des propriétés moléculaires reste un défi majeur en biologie. Ainsi, l'objectif global de cette thèse est d'étudier l'émergence des propriétés mécaniques de l'actine ramifiée d'un point de vue numérique, théorique et statistique. Pour ce faire, nous nous appuyons sur des simulations numériques de réseaux à grande échelle dans lesquelles les caractéristiques macroscopiques peuvent être mesurées. Dans la première partie de notre travail, nous utilisons des simulations stochastiques (dynamique de Langevin) pour créer des réseaux ramifiés en croissance soumis à une contrainte mécanique externe, imitant ainsi la résistance de la matrice extracellulaire. Précisément, nous étudions comment les propriétés stationnaires du système sont déterminées à la fois par la force de décrochage et par la contrainte. Pour un réseau de filaments avec une force de décrochage infinie, la vitesse de croissance présente un maximum lorsque la contrainte tend vers zéro et diminue ensuite comme une loi de puissance de la contrainte. Une théorie mécanique des réseaux ramifiés fondée sur l'enchevêtrement des filaments s'accorde sur cette loi de puissance. La valeur maximale à faible contrainte peut être expliquée par la traînée du réseau, qui devient ici le principal facteur déterminant. Par l'étude de filaments plus réalistes nous montrons qu'il existe un seuil de force de décrochage à partir duquel le mouvement est possible. Ce seuil est proportionnel à la contrainte externe. Enfin, pour mieux comprendre le régime de faible contrainte, nous avons étudié les réseaux à croissance libre et avons montré qu'ils s'adaptent d'eux-mêmes en ralentissant et en devenant plus denses. Dans la deuxième partie, nous cherchons à quantifier l'information qui peut être obtenue à partir de statistiques réalisées sur de nombreuses simulations. Plus précisément, nous cherchons à identifier les combinaisons de paramètres (e.g. rigidité de l'actine, longueur du filament) qui influencent le plus les observables de notre système ramifié (e.g. densité, module d'Young). Afin de les identifier, nous appliquons des outils issus de la théorie de l'information aux statistiques générées par nos simulations, ces dernières ayant été répétées en appliquant de petites modifications aux paramètres. Sur la base de travaux antérieurs sur la dynamique des microtubules, nous avons calculé la matrice d'information de Fisher (MIF) associée qui permet de quantifier la dépendance observable-paramètre. En supposant que chaque observables suit localement une distribution normale, et grâce à une meilleure utilisation des statistiques de simulation, nous avons pu obtenir un calcul plus efficace de la MIF. L'analyse des vecteurs et valeurs propres de la MIF fournit une hiérarchie de modes de sensibilité dans l'espace des paramètres. Ces modes peuvent être interprétés géométriquement comme les directions pour lesquelles les caractéristiques du réseau sont le plus influencées par les paramètres. Ainsi, nous avons caractérisé notre système branché avec ses principaux modes de sensibilité, correspondant à une dimension effective de notre système, dont la valeur, deux, a été confirmée à l'aide de modèles analytiques.Polymerization of actin filaments against membranes can generate significant forces, leading to endocytosis in yeast or to the formation of lamellipodium protrusions at the leading edge of motiles cells like keratocytes. This polymerization is thermodynamically favorable, as the addition of a monomer is accompanied by a decrease in chemical potential. However, filament growth slows down when a stress opposes its growth, with a stall force of a few pN. While this picture is well established for a single filament, it is not clear how it translates to a network of hundreds of filaments like the lamellipodium. More generally, understanding the emergence of large-scale characteristics from molecular properties remains a major challenge in biology. Thus, the overall aim of this thesis is to understand the emergence of the mechanical properties of branched actin from a numerical, theoretical and statistical point of view. To achieve this, we rely on numerical simulations of large-scale networks in which macroscopic characteristics can be measured. In the first part of our work, we use stochastic simulations (Langevin dynamics) to create growing branched networks subjected to external mechanical stress, mimicking the resistance of the extracellular matrix. Specifically, we investigate on how stationary properties of the system are determined by both stall force and stress. For a network made of filaments with an infinite stall force, the growth velocity exhibits a maximum when the stress tends towards zero and then decreases as a power law of the stress. A mechanical theory of branched networks based on filaments entanglement agrees with this power law. The maximum value at low stress can be explained by the drag of the network, which becomes the main determining factor here. By studying more realistic filaments, we show that there is a stall force threshold above which movement is possible. This threshold is proportional to the external stress. Finally, to better understand the low-stress regime, we studied free-growing networks and showed that they self-adapt by slowing down and densifying. In the second part, we aim at quantify the information that can be obtained from statistics carried out on numerous simulations. More specifically, we seek to identify the combinations of parameters (e.g. actin stiffness, filament length) that most influence the observables of our branched system (e.g. density). To identify them, we apply tools from information theory to the statistics generated by our simulations, which have been repeated by applying small modifications to the parameters. Based on previous work on microtubule dynamics, we have calculated the associated Fisher information matrix (FIM), which quantifies the observable-parameter dependence. By assuming that each observable locally follows a normal distribution, and by a better use of simulation statistics, we were able to obtain a more efficient calculation of the FIM. Analysis of the eigenvectors and eigenvalues of the FIM provides a hierarchy of sensitivity modes in the parameter space, which can be interpreted geometrically as the direction in which network characteristics can be most influenced by the parameters. Thus, we characterize our branched system with its main sensitivity modes, corresponding to an effective dimension of our system. We find that this system has two effective dimensions, which has been confirmed using analytical models
Les membranes cellulaires : identité et transport
No full textIn this theoretical work, we studied the relation between membrane identity, transport and organelle structure in cells. We first study the entry of pathogens such as viruses or toxins in cells. We showed how the chemical and physical properties of the cell membrane can control the entry of molecules or bodies. We then focus on transport in the Golgi apparatus. We see that by an adequate formulation of transport in the Golgi, we can give an accurate interpretation of existing experimental data. We show that differences of identity allow the localization of molecules in one cisterna of the Golgi stack. Then, we show that we can write general requirements on the transport processes to enable the heterogeneity of compartments. We show that this requirements may have dramatic functional consequences on transport. Eventually, we study the building of new compartments in the cell. We consider one membrane compartment, which we can see as the precursor of the Golgi apparatus, in which the membrane lipids undergo a chemical reaction and are transformed into another lipid species (as occurs in the Golgi apparatus). There can be a competition between the kinetics of phase separation and the kinetics of the chemical reaction which control the structure of the compartment.Dans ce travail théorique, nous avons étudié les relations entre l'identité d'une membrane (sa composition chimique et ses propriétés physique), le transport lié à cette membrane, et la structure adoptée par cette membrane. Nous avons d'abord étudié l'entrée de pathogènes dans la cellule. Nous avons montré que ce sont les propriétés physiques et la composition de la membrane qui contrôlent l'entrée des pathogènes dans la cellule en contrôlant leur adhésion sur la membrane et leur aggrégation. Nous nous sommes ensuite tournés vers le transport dans l'appareil de Golgi, où nous montrons qu'une formulation adéquate des processus de transport permet de donner une interprétation précise d'expériences passées. Nous avons montré que des différences d'identité dans les membranes peuvent causer un transport des molécules dans l'appareil de Golgi. Nous nous intéressons ensuite à la maintenance de cette identité dans des organelles qui s'échangent en permanence des molécules. Nous montrons que cet échange doit avoir des propriétés particulières pour permettre la conservation de l'identité. Ces propriétés du transport ont un grand rôle sur la physiologie de l'organelle, et nous montrons qu'ils peuvent augmenter le rendement de l'appareil de Golgi. Enfin, nous montrons que le changement progressif d'identité dans un organelle peut contrôler la structure même de cet organelle
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Les membranes cellulaires : identité et transport
No full textIn this theoretical work, we studied the relation between membrane identity, transport and organelle structure in cells. We first study the entry of pathogens such as viruses or toxins in cells. We showed how the chemical and physical properties of the cell membrane can control the entry of molecules or bodies. We then focus on transport in the Golgi apparatus. We see that by an adequate formulation of transport in the Golgi, we can give an accurate interpretation of existing experimental data. We show that differences of identity allow the localization of molecules in one cisterna of the Golgi stack. Then, we show that we can write general requirements on the transport processes to enable the heterogeneity of compartments. We show that this requirements may have dramatic functional consequences on transport. Eventually, we study the building of new compartments in the cell. We consider one membrane compartment, which we can see as the precursor of the Golgi apparatus, in which the membrane lipids undergo a chemical reaction and are transformed into another lipid species (as occurs in the Golgi apparatus). There can be a competition between the kinetics of phase separation and the kinetics of the chemical reaction which control the structure of the compartment.Dans ce travail théorique, nous avons étudié les relations entre l'identité d'une membrane (sa composition chimique et ses propriétés physique), le transport lié à cette membrane, et la structure adoptée par cette membrane. Nous avons d'abord étudié l'entrée de pathogènes dans la cellule. Nous avons montré que ce sont les propriétés physiques et la composition de la membrane qui contrôlent l'entrée des pathogènes dans la cellule en contrôlant leur adhésion sur la membrane et leur aggrégation. Nous nous sommes ensuite tournés vers le transport dans l'appareil de Golgi, où nous montrons qu'une formulation adéquate des processus de transport permet de donner une interprétation précise d'expériences passées. Nous avons montré que des différences d'identité dans les membranes peuvent causer un transport des molécules dans l'appareil de Golgi. Nous nous intéressons ensuite à la maintenance de cette identité dans des organelles qui s'échangent en permanence des molécules. Nous montrons que cet échange doit avoir des propriétés particulières pour permettre la conservation de l'identité. Ces propriétés du transport ont un grand rôle sur la physiologie de l'organelle, et nous montrons qu'ils peuvent augmenter le rendement de l'appareil de Golgi. Enfin, nous montrons que le changement progressif d'identité dans un organelle peut contrôler la structure même de cet organelle
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Get PDFWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Dispelling the Myths Behind First-author Citation Counts
Get PDFWe conducted a full-scale evaluative citation analysis study of scholars in the XML research field to explore just how different from each other author rankings resulting from different citation counting methods actually are, and to demonstrate the capability of emerging data and tools on the Web in supporting more realistic citation counting methods. Our results contest some common arguments for the continued
use of first-author citation counts in the evaluation of scholars, such as high correlations between author rankings by first-author citation counts and other citation
counting methods, and high costs of using more realistic citation counting methods that are not well-supported by the ISI databases. It is argued that increasingly available digital full text research papers make it possible for citation analysis studies to go beyond what the ISI databases have directly supported and to employ more
sophisticated methods
Transient domain formation in membrane-bound organelles undergoing maturation
No full textInternational audienc
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