Selectividad en frecuencias en sistemas bioquímicos frente a estímulos oscilatorios : mecanismos, funcionalidad y modulación por “targets”

Institución otorgante:

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Fecha:

2022-11-25

Tipo de documento: 

info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
 

Formato:

application/pdf

Idioma:

spa

Descripción:

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.

Identificador:

https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7226_RevesSzemere