Ce séminaire sera consacré à l’étude de divers phénomènes épigénétiques qui interviennent dans la régulation génétique et dans l’organisation cellulaire. On mettra également en relief l’importance théorique et expérimentale de l’épigénétique dans les recherches actuelles en biologie. On cherchera en outre à caractériser les propriétés de plasticité topologique et complexité functionnelle dans les organismes eucaryotes. Suivra une analyse de quelques processus morphogénétiques, notamment de la gastrulation. Les principaux thèmes abordés seront : 1) les concepts et les objets de l’épigénétique : un changement de paradigmes dans la pensée biologique ? 2) l'épigénétique en action : des gènes à la régulation génétique intra- et extranucléaire (comment la régulation influe sur le fonctionnement cellulaire et sur ses échanges avec le milieu extracellulaire) ; 3) immersions topologiques et processus morphogénétiques : le cas de la gastrulation et la formation des feuillets germinatifs ; 4) les morphologies dynamiques (formation des tissus et des organes) lors du développement de l’embryon sont sensibles à la position spatiale des « morphogènes ».

Ce séminaire a été consacré à une analyse de quelques modélisations topologiques possibles des certains phénomènes biologiques aux échelles de l’organisation cellulaire et du fonctionnement de l’organisme. Le propos général était de faire interagir les mathématiques et les sciences biologiques pour mieux comprendre certains aspects du vivant. D’où notre intérêt, dans ce séminaire, pour des problèmes aujourd’hui centraux en biologie comme les mécanismes d’acquisition de la structure, la relation entre la structure et la fonction, ou encore le rôle de la forme dans la régulation de la fonction. Nous avons esquissé des modèles mathématiques, qui utilisent en particuliers certains outils conceptuels de la géométrie des nœuds et de la topologie des déformations, qui pourraient se révéler aptes à rendre compte de certaines propriétés des phénomènes biologiques, notamment celles qui sont liées à la plasticité et à la complexité des structures macromoléculaires et cellulaires.

Nous avons insisté sur ce que dans une approche post-génomique et systémique de la biologie, l’importance de l’interface entre structures chromosomiques, processus épigénétiques et facteurs environnementaux est très probablement l’un des enjeux majeurs des recherches futures dans les sciences du vivant et de l’homme. En effet, au vue de la formation de ses structures et de sa dynamique fonctionnelle, le génome des eucaryotes apparaît comme un système hautement complexe, dont la régulation se fait au moins à quatre niveaux hiérarchiquement organisés. Ces niveaux sont : 1) la séquence linéaire de l’ADN ; 2) la chromatine; 3) la structure nucléaire qui inclut la dynamique et l’organisation spatiale tridimensionnelle du génome dans le noyau de la cellule ; 4) les interactions entre les processus morphogénétiques (développement embryonnaire et formation des tissus et organes de l’organisme) et les conditions des écosystèmes et des communautés humaines (styles de vie, organisation du travail et santé publique, biodiversité).

Dans la seconde partie du séminaire, nous avons cherché à explorer l’interface géométrie-physique-biologie et à étudier les interactions entre objets topologiques et processus biologiques. Le but étant d’arriver à mieux comprendre certains aspects de la relation entre structures macromoléculaires et fonctions biologiques, ainsi que le rôle des différents mécanismes de régulation cellulaire dont l’action apparaît essentielle pour le maintien d’une certaine intégrité fonctionnelle globale de l’organisme. Nous avons également approfondi l’étude de la plasticité topologique, qui intervient à tous les niveaux d’organisation des structures supramoléculaires, et elle joue donc un rôle fondamental dans l’ensemble des événements majeurs du cycle cellulaire (réplication, transcription, recombinaison et réparation du matériel génétique). En particulier, nous avons montré qu’une meilleur compréhension des principales déformations qui affectent certains sites de la chromatine et du chromosome pourrait se révéler essentielle afin d’expliquer le rôle des systèmes d’interactions fonctionnelles entre les différentes structures macromoléculaires, les phénomènes de la régulation et de l’expression des génomes, et également certaines pathologies graves, multigéniques ou épigénétiques, déclenchées très probablement par une altération d’un ou plusieurs systèmes de régulation à la fois.

Tout au long du séminaire, nous avons cherché à développer une approche multiéchelle et interdisciplinaire des problèmes biologiques, avec une ouverture particulière envers la biologie des systèmes, les théories de la complexité et les sciences humaines. Elle consiste à utiliser aussi bien des méthodes mathématiques empruntées à la géométrie et à la topologie, des modèles dynamiques de la physique de la matière condensée, et une démarche proprement biologique concernant à la fois les aspects moléculaire, cellulaire, développemental et organismique. De plus, dans la dernière partie du séminaire, nous avons accordé une grande importance à une réflexion théorique sur la question de la plasticité du monde vivant et de la complexité fonctionnelle des êtres biologiques, ainsi que sur la question des relations entre le génétique et l’épigénétique, l’inné et l’acquis, la forme et la fonction, la nature et la culture.

Publications

« Il senso del vivente 2. Morfologie, dinamiche e significati dei sistemi biologici », Pubblicazioni del Centro Internazionale di Semiotica e Linguistica, Urbino, n° 390-391-392/A, ottobre 2009, 1-64.

« Méthodes matématiques, processus biologiques et philosophie de la nature », Eikasia, 35 (2010), 267-297.

« Sept variations fondamentales sur le theme de l’espace », in La sémiotique visuelle: nouveaux paradigmes, sous la dir. de M. Costantini, l’Harmattan, Paris, 2010, 71-118.

« La conoscenza e un uso intelligente dell’ambiente », Prometeo, rivista trimestrale di scienza e storia, 28 (109), 2010, 78-85.