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DDF - 07 07 14http://users.df.uba.ar/morelli

Procesamiento de información en células y tejidos biológicos

Luis G. MorelliIFIBA - CONICET

Departamento de FísicaUniversidad de Buenos Aires

I F I B A

CONICETU B A

Thursday, July 10, 14

molécula célula tejido organismo población

Física de Sistemas Biológicos

~10-9 m ~10-6 m ~10-3 m ~1 m ~10 3 m


molécula célula tejido organismo población


Morelli

Grecco Solari, Otero

Balenzuela

~10-9 m ~10-6 m ~10-3 m ~1 m ~10 3 m

Amador

Bruno

Mindlin, Trevisan

Chernomoretz

Skigin, InchaussandaguePonce Dawson

Estrada, Pietrasanta


?

huevo organismo adulto

Como se forman tejidos y organismos completos a partir de celulas y sus interacciones?


El cuerpo de los vertebrados está dividido

en segmentos


Los segmentos se forman en forma rítmica y secuencialThursday, July 10, 14

El ritmo de somitogénesis es preciso

Schröter et al., Dev. Dyn. 237, 545 (2008)Thursday, July 10, 14

Mecanismo clock and wavefront

clock oscillations are stopped at different phases by a moving wavefront

the segment length S is determined by the clock period T and the wavefront velocity v

S = v T

]

S is the segment lengthv is the wavefront velocityT is the period of the clock

Cooke and Zeeman (1976)__

wavefrontclock


Brightfield channel Her1:YFP channel

segmentation period: 38 min

nuevo reportero fluorescente: observación simultánea de la morfología y las oscilaciones


El período de las oscilaciones y el período de somitogenesis

3100

1100P

120 240 360 480 6000 720

9 16

18s

Time [min]

Arb

itrar

y un

its

PS80

130

Perio

d [%

]

ROI interpolator

10s

1

3100

1100P

120 240 360 480 6000 720

9 16

18s

Time [min]

Arb

itrar

y un

its

PS80

130

Perio

d [%

]

N = 4n = 40

ROI interpolator

10s

1

3100

1100

A

P

120 240 360 480 6000 720

9 16

18s

Time [min]

Arb

itrar

y un

its

A PS80

130

Perio

d [%

]

N = 4n = 40

ROI interpolator

10s

1

3100

1100

A

P

120 240 360 480 6000 720

1 10 189 16

18s

Time [min]

Arb

itrar

y un

its

A PS80

130

Perio

d [%

]

NS

***

N = 4n = 40

ROI interpolator

10s

1


LOI interpolator 0

645

100PSM length [µm]

600AnteriorPosterior

10s

time [m

in]

18s

Mapa espacio temporal de intensidad (kymographs)

LOI interpolator 0

645

100PSM length [µm]


10s

time [m

in]

18s

single LOI


LOI interpolator 0

645

100PSM length [µm]


10s

time [m

in]

18s

Mapa espacio temporal de intensidad (kymographs)

LOI interpolator 0

645

100PSM length [µm]


10s

time [m

in]

18s

el tejido se acorta... efecto Doppler?hay ondas de expresión genética


0

645

100PSM length [µm]

600

Amplitude

60

AnteriorPosterior

Phase

Wavelet transformation0 [min]

600 [min]

��

��

��

0

time [m

in]Mapa espacio-temporal de las fases


ō�ō

�ō��

ō��

0�(x, t)

0.15 min-1

-0.05 min-1

localfrequency

@�

@t

-0.07 mm-1

0 mm-1

local wavenumber

@�

@x

phase mapPOSTERIOR ANTERIOR

TIM

E

Mapa de fases promedio para 18 embriones


Efecto Doppler y longitud de onda dinámica

�(x, t)

a(t)

�A(t) = �(a(t), t)�P (t) = �(0, t)

(x, t) = �(x, t)� �(0, t)

movinganterior end

�A(t) = �P (t) + (a(t), t)

!

A

= !

P

+

✓@

@x

da

dt

+@

@t

◆��x=a(t)

DopplerThursday, July 10, 14

Las dos contribuciones se observan en el embrión

!A

= !P

+ (a@x

+ @t

)|x=a(t)

0 100 200 300 400 5000.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

t HminL

wHmin

-1 L

anterior frequency

posterior frequency

0 100 200 300 400 500-0.08-0.06-0.04-0.02

0.0.020.040.060.08

t HminL

wHmin

-1 L

Doppler contribution

Dynamic wavelength contribution


Ilustración del efecto Doppler y longitud de onda dinamicaClassical Doppler effect

Observerat rest

Observerin motion

Wavelength

Period

Space

Tim

e

12

34

56

78

9

1

2

3

4

5

6

7

8

910

11

Observerat rest

Observerat rest

Period

Wavelength

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

Dynamic wavelength effect

Tim

e

Space

Tailbudat rest

Anterior endin motion

Period

Posterior Anterior

Wavelength

1

2

3

4

5

6

7

8

9

12

34

56

7

89

10

Embryonic segmentation: Doppler effect + dynamic wavelength

Tim

e


FrankJülicher

AndyOates

DavidJörg

DanieleSoroldoni

BiologicalPhysics

DavidRichmond

Oates Lab

Soroldoni et al. (en prensa)Thursday, July 10, 14

molécula célula tejido organismo ecosistema


~10-9 m ~10-6 m ~10-3 m ~1 m ~10 3 m


cyclic reporter gene her1-YFPDavid Richmond, Oates Lab

Como se generan estos patrones espacio-temporales a partir de la dinámica celular?


Iván Lengyel Gabriela Petrungaro

Procesamiento de información en células y tejidos biológicos


Annelie OswaldOates Lab

bright field reporter gene her1-YFP

inte

nsity

time (600 min)

Alexis Webb David Jörg

0 5 10 150

2

4

6

8

10

Q

Low quality factor Q, noisy oscillations

Efectos del ruido en la expresión genética

IvánLengyel


Comunicación celular y movimiento celular

NotchDelta

Mib

KoichiroUriu

GabrielaPetrungaro


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