Description du projet
Des modèles informatiques du cytoplasme cellulaire et des dynamiques des organites à l’échelle nanométrique
L’objectif du projet OrganellenanoComp, financé par l’UE, est d’étudier l’organisation à l’échelle nanométrique qui sous-tend les fonctions physiologiques en modélisant le flux des ions et des molécules dans le cytoplasme des cellules neuronales et gliales vers des organites dans des conditions diverses. La proposition se base sur la modélisation mathématique, les analyses de grands volumes de données, les méthodes de simulation et les algorithmes associés. L’objectif est de développer des modèles physiques de diffusion moléculaire et d’électro-diffusion adaptés à la nanophysiologie. Ces modèles seront appliqués pour interpréter le transport de molécules ou de récepteurs et l’agrégation dans certaines nano-régions spécifiques. À l’aide des modèles développés, les chercheurs analyseront des données concernant le mouvement moléculaire unique ou la régulation des flux à l’intérieur des organites, tels que le réticulum endoplasmique ou les mitochondries, et l’échange de calcium dans des nano-domaines lors de la transmission synaptique interne aux dendrites.
Objectif
Neuronal and glial physiology in nanodomains remains poorly understood due to the spatio-temporal limitation of direct unperturbed in vivo measurements. Yet, it is the scale of voltage regulation, ionic, proteins and molecular trafficking, metabolism control and local signal transduction. The goal of this proposal is to determine how the flow of ions and molecules is regulated in the cytoplasm in relation with organelles, such as the endoplasmic reticulum and mitochondria in various physiological conditions such as steady-state, induction of plastic changes or ionic depletion. The approach is based on mathematical modeling, large data analysis, simulation methods, and developing the associated fast and efficient algorithms. We developed in the past 15 years computational tools such as molecular modeling, stochastic simulations and data analysis at a molecular level to study various signals such as voltage recordings or super-resolution microscopy single particle trajectories (SPTs). However, these theoretical approaches are not sufficient today to face the novel data revolution coming from SPTs, but also voltage dyes, voltage recorded by nanopipettes, or photoconversion in nanocompartments. The aim of the project is to develop physical models of molecular diffusion and electro-diffusion. These models will be applied to reconstruct and interpret the local transport, which is not homogeneous because molecules or receptors could aggregate in some specific nano-regions. We will explore the mechanisms underlying this heterogeneity. Second, we will apply these modeling and numerical simulations to analyze data about flux regulation inside the cytoplasm but also in organelles, such as the ER and mitochondria.Third we analyze calcium fluorescent data (photoactivation, local uncaging) to study how calcium is exchanged in nanodomains during synaptic transmission in dendrites and dendritic spines.
Champ scientifique (EuroSciVoc)
CORDIS classe les projets avec EuroSciVoc, une taxonomie multilingue des domaines scientifiques, grâce à un processus semi-automatique basé sur des techniques TLN. Voir: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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France