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 e guida assonale nello sviluppo neurale
Neurogenesi: 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 brain
development 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 or
reactivated 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.
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)
degradazione
sorgente
diffusion
e
La diffusione di un fattore chemotattico
si considera stazionaria
c
c
Dc (c, x)
t
Con quali dati reali
confrontarci?
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
Purkinje
layer
Granular
layer
The Cerebellum
Principles of Neural Science, Kandel et al., 4th Ed., 2000
Problema: sistema di equazioni di diffusione con dinamica non lineare
dei canali ionici e con opportune condizioni al bordo (di raccordo) tra
i vari segmenti del neurone (nel caso di solo comportamento passivo
si 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 ad
un sistema di equazioni differenziali ordinarie: concentriamo il modello
nel soma.
Linguaggio dei sistemi dinamici
Studio numerico dei punti di
equilibrio e della loro stabilità,
analisi delle biforcazioni, studio
nello spazio delle fasi dei fenomeni
oscillatori.
Purkinje cell Training
Signal
Parallel fibers
fiber
Granule cells
cell
Glomeruli
Mossy fibers
Inputs
Golgi cell
Inferio
olive
Golgi axon
inhibitory
Outputs
Mossy fibers
Cerebella
Nucleus
@ Copyright Coenen,
Nel prossimo futuro …
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.
Vasculogenesi 3D
Experimental data
Dentro la cellula: come si trasduce
il 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 di
acqua
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
Problema: integrare immagini DTI con
immagini in altri formati (PET, NMR, …).
Lazar et al., 2003
Problema: integrare immagini DTI con
immagini in altri formati (PET, NMR, …).
