Maestría en Ingeniería de Procesos
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- Modelado estocástico de la secreción en células ciliadas internas del trayecto auditivo(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2019-06) Soto Bear, Jessica AlejandraLas células ciliadas internas son las células sensoriales del oído de mamíferos ubicadas en la cóclea, responsables de traducir los sonidos en señales neuronales. Estas células poseen estereocilios en su parte superior los cuales son desplazados por la presión producida por un sonido. Este desplazamiento despolariza a estas células y activa los canales de Ca2+ ubicados en las zonas activas de la membrana plasmática de la célula. La entrada de iones Ca2+ desencadena la fusión de las vesículas sinápticas rápidas y, por ende, la liberación del glutamato en las terminales aferentes. La liberación del glutamato es un paso fundamental en la decodificación de la información de los estímulos acústicos en la vía auditiva. Los protocolos experimentales actuales no proporcionan la resolución temporal adecuada para la observación de la exocitosis de vesículas rápidas, ya que no es posible aplicar estímulos muy cortos –por debajo de los milisegundos– y al mismo tiempo registrar la respuesta celular durante y en momentos definidos después de la estimulación. Con el fin de simular la secreción de las vesículas rápidas de las células ciliadas internas –a escalas de tiempo del orden de milisegundos- en respuesta a estímulos de diferentes duraciones y amplitudes, y de estudiar la influencia de micro y nanodominios de Ca2+; en este trabajo se propone un modelo de zona activa resuelto con un algoritmo Monte Carlo. Por algoritmo Monte Carlo se entiende un esquema computacional de resolución de un determinado problema que hace uso de variables generadas aleatoriamente (de acuerdo a determinadas distribuciones de probabilidad) para su resolución aproximada. Éste, por ejemplo, es el caso del algoritmo que simula los mecanismos de reacción-difusión que tienen lugar en la zona activa. Para ello se desarrollaron modelos para la difusión amortiguada de iones Ca2+, esquemas de unión de iones Ca2+ para la fusión de vesículas y para los canales de Ca2+ Cav1.3 tipo L. Se simula la activación del sensor otoferlina, ubicado en las vesículas sinápticas y se estudia su influencia en la secreción de glutamato. Con el modelo propuesto es posible simular mutaciones en la otoferlina, así como alteraciones en la endocitosis o en la concentración de glutamato, las cuales se asocian con diferentes tipos de pérdidas auditivas.
- Spatio-temporal simulation of intracellular Ca2+ dynamics during Shigella invasion(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2019-06) Ornelas Guevara, RobertoShigellosis is an important problem of public health worldwide. It is mainly caused by the ingestion of food or water contaminated with Shigella. After its ingestion, this bacterium invades the colon and causes an intense inflammatory reaction, leading to destruction of the epithelial tissue. During invasion of the epithelial cells, Shigella induces atypical Ca2+ signals; however, it is not clear how these signals are generated or how to control them (Tran Van Nhieu et al., 2013). It is well known that cells use Ca2+ as a second messenger to control a wide array of cellular functions, including reorganisation of the cytoskeleton, inflammatory responses and cellular death (Sun et al., 2017). In this line, it has been reported that the perturbation of cellular Ca2+ homeostasis caused by Shigella facilitates the entrance of the bacterium and its dispersion to adjacent cells, leading to apoptosis and destruction of the intestinal epithelium. In particular, the bacterium induces local responses, localised in the invasion area (Tran Van Nhieu et al., 2013), as well as global responses, that spread in the whole invaded cell. The local versus global character of the responses plays a crucial role in the cytotoxicity of the bacteria, since a high and sustained Ca2+ elevation can lead to cellular death and could limit the dissemination of the bacteria. Preliminary work regarding the atypical calcium responses caused by Shigella was carried out by Tran Van Nhieu et al. (2013) and Sun, et al (2017), using experimental methods and mathematical modelling. Nevertheless, the models that have been proposed do not take into account the Ca2+ coming from the extracellular space, which has been demonstrated to have a crucial contribution to the Ca2+ responses. In this work we present a reactive-diffusive mathematical model that takes into account extracellular Ca2+ entry through ion channels located in the cell membrane (ROCC, SOCC), Ca2+ exchanges with the endoplasmic reticulum, as well as Ca2+ and IP3 diffusion through the cytosol. The proposed model is capable to reproduce the calcium oscillations in the cytosol and in the endoplasmic reticulum observed in healthy cells, as well as the atypical calcium responses caused by Shigella. The model also allow us to analyse the global or local character of the cytosolic calcium responses during bacterial invasion. Simulations using the proposed model showed that the rate of IP3 synthesis is a bifurcation parameter that changes the stability of the system and that the entrance to the oscillatory regime has a dependence on the operation of ROCC and SOCC. Furthermore, spatio-temporal simulations showed that plasma membrane channels are clearly related to the global/local character of the calcium responses, which suggest that extracellular calcium entry through plasma membrane channels, particularly SOCC, could be a point of control of the bacterial invasion. Cytosolic calcium responses during bacterial invasion. Simulations using the proposed model showed that the rate of IP3 synthesis is a bifurcation parameter that changes the stability of the system and that the entrance to the oscillatory regime has a dependence on the operation of ROCC and SOCC. Furthermore, spatio-temporal simulations showed that plasma membrane channels are clearly related to the global/local character of the calcium responses, which suggest that extracellular calcium entry through plasma membrane channels, particularly SOCC, could be a point of control of the bacterial invasion.