L’unité du cours introduit l’idée de description des systèmes moléculaires en termes de transformations de graphes ou règles. En ne rendant pas explicites les détails mécanistiques, les modèles classiques du cours 3 peuvent facilement être utilisés pour imiter beaucoup des comportements cellulaires. Cependant, les détails mécanistiques peuvent avoir des conséquences significatives et ne peuvent pas être simplement ajustés comme des constantes de taux. De plus, la complexité combinatoire en raison de la modification post-traductionnelle et à la formation de complexes est omniprésente.
Afin de pouvoir comprendre les aspects mécanistiques et combinatoires de la biologie moléculaire, un cadre récent, connu sous le nom de Kappa, propose de représenter les interactions protéine-protéine selon les lignes de la chimie symbolique, où les molécules sont des graphiques par-dessus les atomes typés. La chimie fait la distinction entre une règle (ou un schéma) et une réaction. Dans une réaction, les molécules sont complètement spécifiées, tandis qu’une règle ne rend explicites que les aspects des molécules qui sont nécessaires pour qu’une réaction se produise. Par conséquent, une règle représente la transformation d’un schéma de graphe. Si le schéma est contenu dans une combinaison moléculaire, la règle s’applique et génère une réaction. Dans Kappa, nous parlons des protéines comme des agents qui disposent de ports ou de sites porteurs d’un état (par exemple, la phosphorylation), et sur lesquels les agents interagissent comme spécifié par les règles. Les règles sont informées par des découvertes biophysiques et biochimiques, mais les expriment d’une manière transactionnelle abstraite. Pour qu’une règle induise une dynamique, elle doit être équipée d’une ou deux constantes de taux stochastiques, selon qu’elle s’applique dans un contexte intra- ou intermoléculaire.
Ces constantes sont des taux de probabilité qui dépendent du volume de réaction et constituent des paramètres importants pour le simulateur Kappa. Le simulateur implémente une chaîne de Markov en temps continu d’applications de règles qui font évoluer le contenu d’un mélange moléculaire. En substance, l’approche fondée sur des règles considère un modèle comme un programme écrit en langage graphique qui définit une notion minimale de mécanisme local. En plus du simulateur, la plateforme Kappa implémente un analyseur statique, des outils d’analyse causale et une interface utilisateur graphique de base pour tous les principaux systèmes opérateurs.
