Analyse et modélisation temps fréquence de la rhéologie des systèmes vivants – RHEOLIFE

Les ondelettes de Morse et plus généralement les ondelettes complexes analytiques ont été testées sur des signaux modèles (numériques) et physiologiques réels, généralisant ce type d'outil sur des signaux de natures très différentes (signaux physiologiques sur un organisme complet, signaux collectés avec des sondes locales sur des cellules isolées ou des groupes de cellules).

Les expériences d'AFM sur des cellules de levure isolées ont été nettement améliorées, en testant et en validant un premier protocole pour les traitements de surface des échantillons pour l'immobilisation des cellules de levure avant les expériences d'indentation locales.

De nouvelles fonctions de corrélation croisée et d'intercorrélation temps-fréquence, basées sur ces ondelettes analytiques, ont été définies et validées comme efficaces pour déchiffrer la distribution des rapports de fréquence (rationnels, irrationnels, absence de rapports) des signaux non stationnaires. L'impact de l'additif du bruit multiplicatif sur ces distributions et leur stabilité dans le temps sera un autre défi qui sera abordé dans un avenir proche.

La démonstration expérimentale de la possibilité d'extraire le module de Young à de faibles vitesses d'indentation du cantilever AFM a été réalisée et des codes numériques ont été écrits pour identifier les différents régimes d'indentation et délimiter la plage d'indentation où la paroi cellulaire reste élastique (régime de très petite déformation ). Ce travail est fortement soutenu par le développement récent de la tâche 1 (voir texte). Des tests préliminaires sur des expériences de fluage et de relaxation à la sortie des cellules de levure ont également été effectués et seront répétés dans les prochains mois, pour valider les régimes mécaniques observés et adapter les programmes d'analyse (numérique) pour les grands ensembles de données.

En résumé, nous avons démontré la faisabilité et la reproductibilité des mesures mécaniques à cellule de levure unique et leur état de fonctionnement dans des conditions de croissance exponentielle. Différentes lignées cellulaires ou conditions de culture ont été testées avec des méthodes biochimiques qui modulent le métabolisme énergétique cellulaire. Des outils d'analyse et de modélisation ont été mis en œuvre pour modéliser ces mécanismes de paroi cellulaire et inclure leur non-stationnarité au cours des expériences.
De plus, nous avons développé indépendamment une modélisation analytique temps-fréquence originale de signaux physiologiques complexes (mécaniques, rhéologiques, électriques, optiques) pour déchiffrer les rythmes sous-jacents de la réponse stochastique (bruit). Cette méthode sera testée sur les signaux de réponse au fluage des cellules de levure vivantes. Une modélisation analytique et numérique de la réponse mécanique des objets murés (comme les cellules de levure) a également été initiée, basée sur des méthodes par éléments finis.

1. S. Dupont, F. Argoul, E. Gerasimova-Chechkina, M.R. Irvine & A. Arneodo, Experimental evidence of a phase transition in the multifractal spectra of turbulent temperature ?uctuations at a forest canopy top, accepté pour publication au J. of Fluid Mechanics (2020)
2. S. Polizzi, A. Arneodo & F. Argoul, Emergence of log-normal distributions in avalanche processes in living systems, in preparation, to be submitted in the fall 2020
3. C.L. Bouchez; N. Hammad; S. Cuvellier; S. Ransac; M.Rigoulet; A. Devin, The Warburg effect in Yeast: Repression of mitochondrial metabolism is not a prerequisite to promote cell proliferation Frontiers (2020) in press
4. M. Scherlinger, A. Devin, S. Ransac, J. Lykkesfeldt, B.Marteyn Ascorbate maintains a low plasma oxygen level. Louise Injarabian,. Scientific Reports (2020) in press
5. C.L Bouchez; E. D Yoboue; L.E de la Rosa Vargas; B. Salin S. Cuvellier;M. Rigoulet; S. Duvezin-Caubet; A. Devin.“Labile” heme critically regulates mitochondrial biogenesis through the transcriptional co-activator Hap4p in Saccharomyces cerevisiae. Journal of Biological Chemistry (2020) in press
6. J.Y. Tinevez, E.T. Arena, M. Anderson, G. Nigro, L.Injarabian, A. André, M. Ferrari, A. Devin, S.L. Shorte, P.J. Sansonetti, B.S. Marteyn. Shigella-mediated oxygen depletion is essential for intestinal mucosa colonization. Nature microbiology 4, 2001-2009 (2019)
7. N. Sharikadze N. Hammad, C. Bouchez, N. Averet, M. Rigoulet, E. Zhuravliova, D. G Mikeladze, A. Devin, Inhibition of mitochondrial cytochrome c oxidase by metabolized Nobiletin in yeast. Journal of biological regulators & Homeostatic Agents 33(4) 1097-1103 (2019).
8. A. Guillet, A. Arneodo, P. Argoul & F. Argoul, Quantifying the rationality of rhythmic signals, in preparation – to be submitted in july 2020