Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Título: | Selectividad en frecuencias en sistemas bioquímicos frente a estímulos oscilatorios : mecanismos, funcionalidad y modulación por “targets” |
| Título alternativo: | Frequency preference in biochemical systems to oscillatory stimuli : mechanisms, functionality and modulation by "targets" |
| Autor: | Reves Szemere, Juliana |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Filiación: | Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias (IFIBYNE)
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| Fecha de defensa: | 2022-11-25 |
| Fecha en portada: | 25 de Noviembre de 2022 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas |
| Director: | Ventura, Alejandra C. |
| Director Asistente: | Rotstein, Horacio G. |
| Consejero: | Grecco, Hernán Edgardo |
| Jurado: | Dickenstein, Alicia; Marín Burgin, Antonia; Morelli, Luis Guillermo |
| Idioma: | Español |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7226_RevesSzemere |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7226_RevesSzemere.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7226_RevesSzemere |
| Ubicación: | Dep.FIS 007226 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Reves Szemere, Juliana. (2022). Selectividad en frecuencias en sistemas bioquímicos frente a estímulos oscilatorios : mecanismos, funcionalidad y modulación por “targets”. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7226_RevesSzemere |
Resumen:
Los seres vivos utilizan información para tomar decisiones. En particular, las células operan sobre información acerca de las condiciones externas e internas, más la información almacenada en sus genomas, para tomar decisiones que determinan sus acciones futuras. Para transmitir esta información las células evolucionaron sistemas complejos, mayoritariamente basados en especies proteicas. La centralidad de la información y de cómo se usa para tomar decisiones, define una diferencia clave entre los seres vivos y otros sistemas complejos. Estos sistemas son ubicuos, operan tanto en bacterias como en eucariotas, en procesos diversos como la quimiotaxis bacteriana, la detección y metabolismo de azúcares, la respuesta a gradientes de morfógenos, la maduración del sistema inmune, y la transmisión de impulsos nerviosos. La desregulación de sistemas de transmisión de información está en la base de muchas patologías, como la autoinmunidad y el cáncer. Por esto, la comprensión del modo en que estos sistemas operan es fundamental tanto desde el punto de vista básico (comprender la transmisión de la información en sistemas vivos) como aplicado (por ejemplo, para el diseño de agentes y métodos terapéuticos más efectivos). El objetivo principal de esta tesis es entender cómo sistemas y redes de señalización celular simples y de baja dimensión procesan información temporal, utilizando un enfoque de modelado teórico-computacional Se hace foco en la capacidad de procesar información codificada en la frecuencia del estímulo que reciben los sistemas. El objetivo es entender cuándo y por qué un sistema optimiza el valor de un observable para una frecuencia particular, se llama a este fenómeno preferencia en frecuencia. A partir de los estudios realizados, se encontró que la preferencia en frecuencia es un fenómeno que depende de cuál sea el observable estudiado, es decir, qué cantidad tiene relevancia fisiológica y cómo esta cantidad se vincula con la frecuencia de estimulación. En particular, en la tesis se demuestra que en muchos casos es posible predecir cómo será la respuesta en frecuencia estudiando el comportamiento del sistema con estímulos constantes en el tiempo. En este sentido, en el tercer capítulo se estudian las redes bidimensionales capaces de dar adaptación. La importancia de esto es que en la bibliografía vigente se mostró que los sistemas adaptativos son los sistemas no oscilatorios capaces de dar preferencia en frecuencia cuando el observable es la amplitud de la respuesta. En el cuarto capítulo, se profundiza sobre la relación entre adaptación y preferencia en frecuencia en un sistema particular: los ciclos de modificación covalente, elemento ubicuo en redes de señalización celular. Se encontraron las condiciones en las que emerge comportamiento adaptativo en un ciclo único y luego se vinculó este comportamiento con la capacidad del sistema de exhibir preferencia en frecuencia. El quinto capítulo de la tesis está enfocado al estudio de selectividad en frecuencia en el régimen transitorio en sistemas simples de señalización. En el capítulo, se demuestra que ciertas redes simples de señalización presentan preferencia en frecuencia transitoria, es decir que, durante un intervalo previo a la llegada a estado estacionario responden óptimamente en un dado rango de frecuencias. Luego, se estudian las causas de esta preferencia transitoria y se clasifican redes de señalización simples según su posibilidad de dar una respuesta transitoria óptima para ciertas frecuencias de estimulación. En conjunto, los resultados permitieron clasificar y generar criterios para poder ganar intuición y predecir cuándo un modelo de una red de señalización celular puede dar preferencia en frecuencia. Eso depende de qué se mide, cómo y cuándo, lo cual puede interpretarse como una acción que puede hacer alguna componente río debajo de los sistemas estudiados. Además, los resultados también varían con el tipo y forma de estímulo. Entonces, estas afirmaciones invitan a interpretar la preferencia en frecuencia como un fenómeno que emerge a partir de la interacción de una parte del sistema con el resto de sus componentes.
Abstract:
Biological systems use information to make decisions. Cells operate on information about internal and external conditions, plus information stored in their genomes, to make decisions that determine their future actions. The centrality of information, and how it is used to make decisions, defines a key difference between living systems and other complex systems. To transmit this information, cells developed complex systems, most of them, based on protein species. These systems are ubiquitous, operating in both bacteria and eukaryotes, in processes as diverse as bacterial chemotaxis, sensing and metabolism of sugars, response to morphogen gradients, maturation of the immune system, and transmission of nerve impulses. The deregulation of information transmission systems is at the base of many pathologies, such as autoimmunity and cancer. For this reason, understanding the way these systems operate is essential both from a basic point of view (understanding the transmission of information in living systems) and from an applied point of view (for example, for the design of more effective therapeutic agents and methods). The main objective of this thesis is to understand how simple and low-dimensional cell signaling systems and networks process temporal information. Focus is on the ability to process information encoded in the frequency of the stimulus received by the systems. The goal is to understand when and why a system optimizes the value of a given observable for a particular frequency, this phenomenon is called frequency preference. It was found that frequency preference is a phenomenon that depends on the observable studied, that is, what quantity has physiological relevance and how this quantity is linked to the stimulation frequency. In particular, the thesis shows that in many cases it is possible to predict how the frequency response will be, by studying the behavior of the system with constant stimuli over time. In this sense, in the third chapter we study two-dimensional networks with adaptive behavior. The importance of this is that in the current bibliography it was shown that adaptive systems are the non-oscillatory systems capable of giving frequency preference when the observable is the amplitude of the response. In the fourth chapter, we analyze adaptation and frequency preference responses in a particular system: covalent modification cycles, a ubiquitous element in cell signaling networks. The conditions in which adaptive behavior emerges in a single cycle were found and this behavior was then linked to the ability of the system to exhibit frequency preference. The fifth chapter of the thesis is focused on the study of frequency selectivity in the transient regime in simple signaling systems. We have shown that certain simple signaling networks have transient frequency preference, that is, during an interval before arrival at a steady state they respond optimally in for a range of frequencies. We study the causes of this transient preference and classify simple signaling networks according to their ability to give an optimal transient response for certain stimulation frequencies. Taken together, the results of the thesis allowed us to classify and generate criteria to gain insight and predict when a model of a cell signaling network may give a frequency preference response. This depends on what is measured, how and when, which can be interpreted as an action that can be carried out by some downstream component of the systems studied. In addition, the results also vary with the type and form of stimulus. So, these statements invite us to interpret frequency preference responses as a phenomenon that emerges from the interaction of one part of the system with the rest of its components.
Citación:
---------- APA ----------
Reves Szemere, Juliana. (2022). Selectividad en frecuencias en sistemas bioquímicos frente a estímulos oscilatorios : mecanismos, funcionalidad y modulación por “targets”. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7226_RevesSzemere
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Reves Szemere, Juliana. "Selectividad en frecuencias en sistemas bioquímicos frente a estímulos oscilatorios : mecanismos, funcionalidad y modulación por “targets”". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2022.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7226_RevesSzemere
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