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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
Thursday, July 10, 14
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
?
huevo organismo adulto
Como se forman tejidos y organismos completos a partir de celulas y sus interacciones?
Thursday, July 10, 14
El cuerpo de los vertebrados está dividido
en segmentos
Thursday, July 10, 14
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
Thursday, July 10, 14
Brightfield channel Her1:YFP channel
segmentation period: 38 min
nuevo reportero fluorescente: observación simultánea de la morfología y las oscilaciones
Thursday, July 10, 14
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
Thursday, July 10, 14
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
Thursday, July 10, 14
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
Thursday, July 10, 14
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
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
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
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
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
Thursday, July 10, 14
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
FrankJülicher
AndyOates
DavidJörg
DanieleSoroldoni
BiologicalPhysics
DavidRichmond
Oates Lab
Soroldoni et al. (en prensa)Thursday, July 10, 14
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
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
Iván Lengyel Gabriela Petrungaro
Procesamiento de información en células y tejidos biológicos
Thursday, July 10, 14
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
Thursday, July 10, 14
Comunicación celular y movimiento celular
NotchDelta
Mib
KoichiroUriu
GabrielaPetrungaro
Thursday, July 10, 14
Thursday, July 10, 14
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