Wassim eAbou-Jaoudé, Pedro T Monteiro, Aurélien eNaldi, Maximilien eGrandclaudon, Vassili eSoumelis, Claudine eChaouiya, Denis eThieffry, Analyse Statique par Interprétation Abstraite (ANTIQUE), Département d'informatique - ENS Paris (DI-ENS), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Paris-Rocquencourt, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Institut de biologie de l'ENS Paris (IBENS), Département de Biologie - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores Investigação e Desenvolvimento em Lisboa (INESC-ID), Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa (IST)-Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores (INESC), Center for Integrative Genomics - Institute of Bioinformatics, Génopode (CIG), Swiss Institute of Bioinformatics [Lausanne] (SIB), Université de Lausanne = University of Lausanne (UNIL)-Université de Lausanne = University of Lausanne (UNIL), Laboratoire d'Immunologie Clinique, Institut Curie [Paris], Instituto Gulbenkian de Ciência [Oeiras] (IGC), Fundação Calouste Gulbenkian, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Inria Paris-Rocquencourt, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Département de Biologie - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Université de Lausanne (UNIL)-Université de Lausanne (UNIL), Département d'informatique de l'École normale supérieure (DI-ENS), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Institut de biologie de l'ENS Paris (UMR 8197/1024) (IBENS), and Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Computational modeling constitutes a crucial step toward the functional understanding of complex cellular networks. In particular, logical modeling has proven suitable for the dynamical analysis of large signaling and transcriptional regulatory networks. In this context, signaling input components are generally meant to convey external stimuli, or environmental cues. In response to such external signals, cells acquire specific gene expression patterns modeled in terms of attractors (e.g., stable states). The capacity for cells to alter or reprogram their differentiated states upon changes in environmental conditions is referred to as cell plasticity. In this article, we present a multivalued logical framework along with computational methods recently developed to efficiently analyze large models. We mainly focus on a symbolic model checking approach to investigate switches between attractors subsequent to changes of input conditions. As a case study, we consider the cellular network regulating the differentiation of T-helper (Th) cells, which orchestrate many physiological and pathological immune responses. To account for novel cellular subtypes, we present an extended version of a published model of Th cell differentiation. We then use symbolic model checking to analyze reachability properties between Th subtypes upon changes of environmental cues. This allows for the construction of a synthetic view of Th cell plasticity in terms of a graph connecting subtypes with arcs labeled by input conditions. Finally, we explore novel strategies enabling specific Th cell polarizing or reprograming events. LabEx MemoLife, Ecole Normale Supérieure, FCT grants: (PEst-OE/EEI/LA0021/2013, IF/01333/2013), Ph.D.program of the Agence National de Recherche sur Le Sida (ANRS), European Research Council consolidator grant.