Segnali, chemiotassi e bioimmagini di strutture cellulari Sommario: - Neurogenesi e guida assonale -...
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Segnali, chemiotassi e bioimmagini di strutture cellulari
Sommario:- Neurogenesi e guida assonale- Reti neuronali del cervelletto- Vasculogenesi 3D- Trasduzione dei segnali biochimici nelle piastrine- Diffusion Tensor Imaging
Neurogenesi e guida assonale nello sviluppo neurale
G. Aletti (UniMI), P. Causin (UniMI),
M. Gozzo (UniMI), G. Merlo (Telethon),
G. Naldi (UniMI), A. Puche (University
Maryland), A. Zaghetto (Telethon, UniMI)
Neurogenesi: una questione di … nasoNeurogenesi: una questione di … naso
Recently, we are studying cellular and molecular mechanisms leading to the formation of functional neuronal networks in mammals. Formation of networks takes place during braindevelopment where several cell and molecular mechanisms operate in a coordinated way to control successive steps identified as neurogenesis, cell migration, neural differentiation and neuronal connectivity. In the adult brain, these events are still occurring in precise areas orreactivated under pathological circumstances
Un problema biologico: lo sviluppo del bulbo olfattivo
Each primary olfactory neuron stochastically expresses one of ~1000 odorant receptors.The total population of these neurons therefore consists of ~1,000 distinct subpopulations, each of which are mosaically dispersed throughout one of four semi-annular zones in the nasal cavity. The axons of these different subpopulations are initially intermingled within the olfactory nerve. However, upon reaching the olfactory bulb, they sort out and converge so that axons expressing the same odorant receptor typically target one or two glomeruli.
Neurogenesi e guida assonale nello sviluppo neurale
Sviluppo del sistema olfattivo ovvero …. questione di naso.
Utilizzo di modelli computazionali per studiare la morfogenesi neurale
del sistema olfattivo: come avviene il processo e l’organizzazione di
questo sistema? Abbiamo varie scale: molecolare, cellulare, funzionale.
from J.A. St John et al., Int. J. Dev. Biol. 46: 639-647 (2002)
from A. Puche (Univ. Maryland)
c
xccDt
c
),(
diffusione
sorgente
degradazione
La diffusione di un fattore chemotatticosi considera stazionaria
Con quali dati realiconfrontarci?
Reti neuronali del cervelletto
Egidio D'Angelo (UniPV e INFM),
Shyam Diwakar (UniMI)
Giovanni Naldi (UniMI)
Sergio Solinas (UniPV e INFM),
Ci siamo interessati del cervelletto, dati sperimentali relativi (in particolare) alla cellula granulare
The CerebellumThe Cerebellum Principles of Neural Science, Kandel et al., 4th Ed., 2000
Granular layer
Purkinje layer
Problema: sistema di equazioni di diffusione con dinamica non linearedei canali ionici e con opportune condizioni al bordo (di raccordo) trai vari segmenti del neurone (nel caso di solo comportamento passivosi ha un’equazione di diffusione lineare).Si può dimostrare un Teorema di esistenza ed unicità. Nel caso di più neuroni ho un sistema di equazioni definite su un grafo.
Nel caso di cellula granulare, molto compatta, si può pensare solo adun sistema di equazioni differenziali ordinarie: concentriamo il modellonel soma.
Studio numerico dei punti di equilibrio e della loro stabilità,analisi delle biforcazioni, studio nello spazio delle fasi dei fenomenioscillatori.
Linguaggio dei sistemi dinamici
Glomeruli
Granule cells
Parallel fibers
Mossy fibers
InputsInputs
Granule cell
Parallel fiber
Golgi axoninhibitory
CerebellarNucleus
Outputs
Inferiorolive
TrainingSignal
Golgi cell
Purkinje cell
Mossy fibers@ Copyright Coenen, 2002
Multi-Electrode Array
Multi-Electrode Arrays (MEA) is being used to study the spatial distribution of signals into the cerebellum granular layer in acute slices. MEA consists of 60 conical platinum electrodes covered with glass and isolating material.
MEA is used either to record or to stimulate slices, allowing the possibility of studying numerous aspects of the spatio-temporal dynamics of signals processing. The application of protocols to induce Long-term synaptic plasticity or the perfusion of specific receptors blockers allows to describe the spatial reconfiguration of signals, after which it is regulated by complex molecular mechanisms that cannot be analyzed by this technique.
Nel prossimo futuro …
Vasculogenesi 3DExperimental data
Dentro la cellula: come si trasduceil segnale chemiotattico?
Vasculogenesi 3D
Collaborazione:
UniMI (Giovanni Naldi, Matteo Semplice, Fausto Cavalli)
PoliTO (Andrea Gamba)
l'Istituto per la Ricerca e la Cura del Cancro (IRCC) di Candiolo (Guido Serini)
Trasduzione dei segnali biochimi nelle piastrine
La trombina attiva le piastrine tramite interazione con tre distinti recettori: PAR-1, PAR-4 ed il complesso glicoproteico (GP) Ib-IX-V.
Collaborazione con gruppo del Prof. E. Di Benedetto (Vanderbilt University )
Diffusion Tensor Imaging (DTI)
Tecnica MR di imaging nella quale il contrasto è ottenuto dalla differente diffusione di molecole diacqua
La DTI è utilizzata per identificare e generare mappe delle fibre di materia bianca nel cervello
Giovanni Frisoni, Cristina Testa
UniMI: Giovanni Naldi, Donatella Giuliani
DTI – Color-coding Based on Direction of Greatest Diffusion
Red = Left-Right
Green = Anterior-Posterior
Blue = Superior-Inferior
Trattografia di fibre: una nuova omica, la connectomica
Lazar et al., 2003Problema: integrare immagini DTI con
immagini in altri formati (PET, NMR, …).
Problema: integrare immagini DTI con immagini in altri formati (PET, NMR, …).