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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
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molécula célula tejido organismo población
Física de Sistemas Biológicos
~10-9 m ~10-6 m ~10-3 m ~1 m ~10 3 m
Thursday, July 10, 14
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molécula célula tejido organismo población
Física de Sistemas Biológicos
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
Thursday, July 10, 14
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?
huevo organismo adulto
Como se forman tejidos y organismos completos a partir de celulas y sus interacciones?
Thursday, July 10, 14
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El cuerpo de los vertebrados está dividido
en segmentos
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Los segmentos se forman en forma rítmica y secuencialThursday, July 10, 14
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El ritmo de somitogénesis es preciso
Schröter et al., Dev. Dyn. 237, 545 (2008)Thursday, July 10, 14
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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
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Brightfield channel Her1:YFP channel
segmentation period: 38 min
nuevo reportero fluorescente: observación simultánea de la morfología y las oscilaciones
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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
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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]
600AnteriorPosterior
10s
time [m
in]
18s
single LOI
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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]
600AnteriorPosterior
10s
time [m
in]
18s
el tejido se acorta... efecto Doppler?hay ondas de expresión genética
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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
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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
Thursday, July 10, 14
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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
Thursday, July 10, 14
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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
Thursday, July 10, 14
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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
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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
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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
Thursday, July 10, 14
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FrankJülicher
AndyOates
DavidJörg
DanieleSoroldoni
BiologicalPhysics
DavidRichmond
Oates Lab
Soroldoni et al. (en prensa)Thursday, July 10, 14
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molécula célula tejido organismo ecosistema
Física de Sistemas Biológicos
~10-9 m ~10-6 m ~10-3 m ~1 m ~10 3 m
Thursday, July 10, 14
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cyclic reporter gene her1-YFPDavid Richmond, Oates Lab
Como se generan estos patrones espacio-temporales a partir de la dinámica celular?
Thursday, July 10, 14
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Iván Lengyel Gabriela Petrungaro
Procesamiento de información en células y tejidos biológicos
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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
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Comunicación celular y movimiento celular
NotchDelta
Mib
KoichiroUriu
GabrielaPetrungaro
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Thursday, July 10, 14