Validation methods for population models of gene expression dynamics

Méthodes de validation de modèles de population pour les dynamiques d’expression génique

Andres M. Gonzalez-Vargas (1) , Eugenio Cinquemani (2) , Giancarlo Ferrari-Trecate (3)

1 Departamento de Automática y Electrónica, Universidad Autónoma de Occidente
2 IBIS - Modeling, simulation, measurement, and control of bacterial regulatory networks
3 DIS - Dipartimento di Informatica e Sistemistica

The advent of experimental techniques for the time-course monitoring of gene expression at the single-cell level has paved the way to the model-based study of gene expression variability within- an across-cells. A number of approaches to the inference of models accounting for variability of gene expression over isogenic cell populations have been developed and applied to real-world scenarios. The development of a systematic approach for the validation of population models is however lagging behind, and accuracy of the models obtained is often assessed on a semi-empirical basis. In this report we study the problem of validating models of gene network dynamics for cell populations, providing statistical tools for qualitative and quantitative model validation and comparison, and guidelines for their application and interpretation based on a real biological case study.

La diffusion des techniques expérimentales pour la mesure de l’expression génique au cours du temps à niveau des cellules individuelles a ouvert la voie à l’étude par modèles de la variabilité intra- et extracellulaire de l’expression génique. Plusieurs approches à l’inférence de modèles de variabilité en populations cellulaires isogéniques ont étés développés et appliques à des contextes réels. Toutefois, moins d’efforts ont étés dédies au développement d’approches systématique a la validation de ces modèles de population, et la qualité des modèles obtenus est souvent évaluée par des critères semi-empiriques. Dans ce rapport on étudie le problème de la validation de modèles des dynamiques des réseaux géniques pour populations cellulaires. On propose des outils statistiques pour la validation et la comparaison qualitative et quantitative de modèles, et on discute leur application et interprétation sur la base d’un problème biologique réel.

Mots clés: Statistical methods; System Biology; Stochastic modelling; Mixed-Effects modelling; Gene expression

Mots clés: Méthodes statistiques; Biologie des Systèmes; Modélisation stochastique; Modéli- sation à effets mixtes; Expression génique

Domaines: Bio-informatique [q-bio.QM]

Andres M. Gonzalez-Vargas, Eugenio Cinquemani, Giancarlo Ferrari-Trecate. Validation methods for population models of gene expression dynamics. [Research Report] RR-8938, INRIA Grenoble - Rhône-Alpes. 2016, pp.17. ⟨hal-01349030⟩