De l’invariance d’échelle au chaos déterministe dans les séquences d’ADN.
Alain Arnéodo (Laboratoire de Physique, ENS-Lyon)

Jeudi 19 février 2004

A l’aide de concepts et de techniques issus de la physique non linéaire et de l’analyse du signal, nous montrons qu’il est possible d’extraire des séquences d’ADN, des informations concernant la structure et la dynamique de la chromatine en relation avec les processus de transcription et de réplication.

Dans la première partie de l’exposé, nous montrons que les propriétés d’invariance d’échelle et de corrélations à longue portée observées jusqu’à des distances de l’ordre de 20-30 kilo-nucléotides (kn) sont la signature de la structure nucléosomale de la fibre de chromatine de 30 nm.

Dans la deuxième partie de l’exposé, nous abordons l’étude de la structure de la structure à grande échelle du génome humain en explorant la complexité des séquences ADN des chromosomes 11, 14, 21 et 22 sur des distances de plusieurs dizaines de millions de nucléotides.

Cette étude temps-fréquence met en évidence l’existence de rythmes, de périodes fondamentales 100±20 kn et 400±50 kn, reflétant une organisation spatiale et directionnelle des gènes en amas fortement co-orientés. L’utilisation des techniques classiques de la théorie de la théorie des systèmes dynamiques permet de montrer que les oscillations nonlinéaires observées, présentent toutes les caractéristiques de comportements chaotiques déterministes.

Ces résultats nous conduisent à proposer une description alternative de nature déterministe à la modélisation aléatoire classique de la fibre de chromatine fondée sur la théorie statistique des polymères et de sa dynamique en termes de processus diffusif : en coordination avec la structure et la dynamique de la chromatine, la chronologie des processus de réplication et de transcription et par suite l’expression des gènes seraient gérées par une simple horloge non linéaire chaotique.