Modeling of the pathway of multiciliated cells' differentiation

Multiciliogenesis constitutes an important biological process in which progenitor cells differentiate into multiciliated cells (MCCs). These cells are located in various biological systems, performing important biological functions such as: ensuring the circulation of cerebrospinal fluid in CNS (...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Γκάντζου, Βασιλική
Άλλοι συγγραφείς: Gkatzou, Vasiliki
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2022
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:https://hdl.handle.net/10889/23843
id nemertes-10889-23843
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Multiciliogenesis
Κροσσωτά κύτταρα
spellingShingle Multiciliogenesis
Κροσσωτά κύτταρα
Γκάντζου, Βασιλική
Modeling of the pathway of multiciliated cells' differentiation
description Multiciliogenesis constitutes an important biological process in which progenitor cells differentiate into multiciliated cells (MCCs). These cells are located in various biological systems, performing important biological functions such as: ensuring the circulation of cerebrospinal fluid in CNS (Central Nervous System), removing extraneous pollutants from the respiratory tract, transporting gametic cells during fertilization and many others. The aim of this diploma thesis is to study multiciliogenesis at the level of protein interactions. We examine whether our designed mathematical model is capable enough of describing the behavior of the proteins we have chosen as key factors of this biological phenomenon. More specifically, our mathematical model consists of ordinary differential equations (ODEs), each one expresses the rate of change in the concentration of one of the regulatory proteins: Geminin, Lynkeas, McIdas. For the parameter estimation of the model, we use experimental data and a calculated estimator as a comparison measurement. The results of the simulations we run, show that the designed for Geminin equation verifies with great precision qualitatively and quantitatively its behavior, as it is presented on the experimental data. On the other hand, the designed system of Lynkeas/McIdas equations, while qualitatively seems to follow the behavior seen in the experimental data, failed to quantitatively describe the experimental data. In this work, we decide to examine the simplest form of this mathematical model, where in the system of Lynkeas/McIdas equations, we integrate the negative effect of McIdas to Lynkeas in the simplest form. More complex forms of equations may describe more precisely the behavior of these proteins in the biological phenomenon under study.
author2 Gkatzou, Vasiliki
author_facet Gkatzou, Vasiliki
Γκάντζου, Βασιλική
author Γκάντζου, Βασιλική
author_sort Γκάντζου, Βασιλική
title Modeling of the pathway of multiciliated cells' differentiation
title_short Modeling of the pathway of multiciliated cells' differentiation
title_full Modeling of the pathway of multiciliated cells' differentiation
title_fullStr Modeling of the pathway of multiciliated cells' differentiation
title_full_unstemmed Modeling of the pathway of multiciliated cells' differentiation
title_sort modeling of the pathway of multiciliated cells' differentiation
publishDate 2022
url https://hdl.handle.net/10889/23843
work_keys_str_mv AT nkantzoubasilikē modelingofthepathwayofmulticiliatedcellsdifferentiation
AT nkantzoubasilikē montelopoiēsētoumonopatioudiaphoropoiēsēstōnpolykrossōtōnkyttarōn
_version_ 1771297188103585792
spelling nemertes-10889-238432022-11-11T04:35:00Z Modeling of the pathway of multiciliated cells' differentiation Μοντελοποίηση του μονοπατιού διαφοροποίησης των πολυκροσσωτών κυττάρων Γκάντζου, Βασιλική Gkatzou, Vasiliki Multiciliogenesis Κροσσωτά κύτταρα Multiciliogenesis constitutes an important biological process in which progenitor cells differentiate into multiciliated cells (MCCs). These cells are located in various biological systems, performing important biological functions such as: ensuring the circulation of cerebrospinal fluid in CNS (Central Nervous System), removing extraneous pollutants from the respiratory tract, transporting gametic cells during fertilization and many others. The aim of this diploma thesis is to study multiciliogenesis at the level of protein interactions. We examine whether our designed mathematical model is capable enough of describing the behavior of the proteins we have chosen as key factors of this biological phenomenon. More specifically, our mathematical model consists of ordinary differential equations (ODEs), each one expresses the rate of change in the concentration of one of the regulatory proteins: Geminin, Lynkeas, McIdas. For the parameter estimation of the model, we use experimental data and a calculated estimator as a comparison measurement. The results of the simulations we run, show that the designed for Geminin equation verifies with great precision qualitatively and quantitatively its behavior, as it is presented on the experimental data. On the other hand, the designed system of Lynkeas/McIdas equations, while qualitatively seems to follow the behavior seen in the experimental data, failed to quantitatively describe the experimental data. In this work, we decide to examine the simplest form of this mathematical model, where in the system of Lynkeas/McIdas equations, we integrate the negative effect of McIdas to Lynkeas in the simplest form. More complex forms of equations may describe more precisely the behavior of these proteins in the biological phenomenon under study. Η κροσσογένεση αποτελεί μια σημαντική βιολογική διεργασία κατά την οποία τα προγονικά κύτταρα διαφοροποιούνται σε πολυκροσσωτά κύτταρα (MCCs). Τα κύτταρα αυτά εντοπίζονται σε διάφορα βιολογικά συστήματα, επιτελώντας σημαντικές βιολογικές λειτουργίες όπως για παράδειγμα η διασφάλιση της κυκλοφορίας του εγκεφαλονωτιαίου υγρού στο Κεντρικό Νευρικό Σύστημα (ΚΝΣ), η απομάκρυνση ξένων ρύπων από την αναπνευστική οδό, η μεταφορά των γαμετικών κυττάρων κατά τη γονιμοποίηση και πολλές άλλες. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της κροσσογένεσης εστιάζοντας στο επίπεδο των πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων. Πιο συγκεκριμένα εξετάζουμε αν μια τροποποίηση που εφαρμόσαμε σε ένα ήδη σχεδιασμένο μαθηματικό μοντέλο είναι ικανή να περιγράψει τη συμπεριφορά των πρωτεϊνών που έχουμε επιλέξει ως βασικούς παράγοντες αυτού του υπό μελέτη βιολογικού φαινομένου. Το μαθηματικό μοντέλο αποτελείται από συνήθεις διαφορικές εξισώσεις (ODEs), καθεμία από τις οποίες εκφράζει το ρυθμό μεταβολής της συγκέντρωσης μιας από τις υπό μελέτη ρυθμιστικές πρωτεΐνες: Geminin, Lynkeas, McIdas. Για την προσεγγιστική εκτίμηση των παραμέτρων του μοντέλου, χρησιμοποιούμε πειραματικά δεδομένα και έναν υπολογιζόμενο κάθε φορά εκτιμητή ως μετρική σύγκρισης. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων δείχνουν ότι η διαφορική εξίσωση που σχεδιάστηκε για την πρωτεΐνη Geminin μπορεί και επαληθεύει με μεγάλη ακρίβεια, ποιοτικά και ποσοτικά, τη συμπεριφορά της, όπως αυτή παρουσιάζεται στα πειραματικά δεδομένα. Από την άλλη πλευρά, το σχεδιασμένο σύστημα διαφορικών εξισώσεων για τις πρωτεΐνες Lynkeas/McIdas, ενώ ποιοτικά φαίνεται να ακολουθεί τη συμπεριφορά των αντίστοιχων πειραματικών δεδομένων, δεν είναι αρκετή στο να περιγράψει τα πειραματικά δεδομένα ποσοτικά. Σε αυτή την εργασία, αποφασίσαμε σε πρώτη φάση να εξετάσουμε μια απλή μορφή αυτού του μαθηματικού μοντέλου, ενσωματώνοντας στο ήδη υπάρχον μοντέλο την γνώση και εμπειρία σχετικά με την αρνητική επίδραση της πρωτεϊνης McIdas στην πρωτεϊνη Lynkeas. Η αρνητική επίδραση της πρωτεΐνης McIdas στην πρωτεΐνη Lynkeas ενσωματώθηκε στο μοντέλο εξισώσεων με μία συγκεκριμένη απλή μαθηματική έκφραση. Πιθανά πιο πολύπλοκες μορφές εξισώσεων να είναι σε θέση να περιγράψουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τη συμπεριφορά αυτών των πρωτεϊνών στο υπό μελέτη βιολογικό φαινόμενο. 2022-11-10T12:18:10Z 2022-11-10T12:18:10Z 2022-11-10 https://hdl.handle.net/10889/23843 en Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/ application/pdf