Resumen de Modelling spatiotemporal cell regulation
El tiempo y el espacio son características intrínsecas de la vida, como lo es la capacidad de responder al medio ambiente. Las células han desarrollado un abanico de mecanismos de transducción de señales mediante los cuales son capaces de detectar y responder a las señales intra y extracelulares. En esta Tesis nos centramos en cómo las señales temporales y espaciales afectan estos procesos, a través del estudio de fenómenos biológicos específicos en una variedad de sistemas modelo, desde bacterias hasta animales. En todos los casos, nuestro trabajo está motivado por datos experimentales de varios grupos con los que hemos colaborado, y utilizamos técnicas de modelado de sistemas dinámicos para proponer o validar posibles mecanismos subyacentes y resultados funcionales de los procesos estudiados.
En la Parte I de la Tesis, proporcionamos una introducción biológica general a la transducción de señales y la regulación celular en el Capítulo 1, seguida de una explicación de las técnicas de modelado matemático que hemos utilizado a lo largo de la Tesis en el Capítulo 2. Esto debería proporcionar la base para entender nuestras preguntas, metodología y resultados.
En la Parte II de la Tesis, comenzamos estudiando la transducción de señales a nivel de célula individual. En particular, nos centramos en cómo se utiliza la dinámica pulsátil en los mediadores de señalización para transmitir información. En el Capítulo 3 proporcionamos una visión general de nuestra comprensión actual de la relevancia de la dinámica pulsátil en sistemas de regulación celular, y los mecanismos moleculares subyacentes a dicha dinámica pulsátil. A continuación, en el Capítulo 4, revisamos modelos simples utilizados en la literatura para comprender la decodificación de señales dinámicas, y mostramos que dicha decodificación se puede lograr mediante una combinación de arquitecturas de circuitos y escalas de tiempo adecuadas. Además, mostramos que la modulación de la superposición entre varias señales pulsátiles puede ser un mecanismo para regular de manera flexible un conjunto de genes diana. Finalmente, en el Capítulo 5, estudiamos cómo los pulsos estocásticos (aperiódicos) pueden surgir en las redes de transducción de señales con solo interacciones de retroalimentación negativa, en ausencia de una interacción de retroalimentación positiva que generalmente se reconoce como requerida para este proceso.
Más allá de una sola célula, la dinámica también puede ser una característica emergente de las poblaciones de células. Como ejemplo, recientemente se han descubierto dinámicas oscilatorias en comunidades de células bacterianas que se desarrollan en biofilms, como resultado de su disposición espacial. Estas oscilaciones son importantes para aliviar el estrés nutricional y representan una estrategia interesante para maximizar la supervivencia de toda la comunidad celular. En la Parte III de la Tesis, presentamos nuestro trabajo de modelado de estas oscilaciones a diferentes niveles de abstracción, proporcionando un marco teórico para comprender las características observadas experimentalmente como el inicio de oscilación discontinuo y biestable (Capítulo 6), la relación entre el metabolismo y la señalización eléctrica (Capítulo 7) y acoplamiento y sincronización entre comunidades distantes (Capítulo 8).
Finalmente, en la Parte IV de la Tesis, estudiamos el impacto local de la organización espacial de las células en los tejidos animales. La disposición geométrica de las células puede influir en los mecanismos directos de comunicación célula-célula, lo que a su vez puede dar como resultado consecuencias a nivel de población. Después de una breve introducción a la homeostasis intestinal en el Capítulo 9, en el Capítulo 10 proponemos que el área de contacto celular afecta el proceso de toma de decisiones celulares de las células madre en el intestino de Drosophila e impacta el equilibrio entre diferentes poblaciones de células en este tejido.
Con estos estudios, nuestro trabajo ilustra y aclara algunos problemas relacionados con el impacto del espacio y la dinámica en la regulación de las células.
