Descrizione del progetto
Modelli computazionali del citoplasma cellulare e delle dinamiche degli organelli a risoluzione nanometrica
L’obiettivo del progetto OrganellenanoComp, finanziato dall’UE, è studiare l’organizzazione su scala nanometrica alla base delle funzioni fisiologiche modellando il flusso di ioni e molecole nel citoplasma delle cellule neuronali e gliali verso gli organelli in varie condizioni. La proposta si basa sulla modellazione matematica, l’analisi di grandi dati, i metodi di simulazione e gli algoritmi associati. L’obiettivo è sviluppare modelli fisici di diffusione molecolare ed elettrodiffusione rilevanti per la nanofisiologia. Questi modelli saranno applicati per interpretare il trasporto e l’aggregazione di molecole o recettori in alcune nano-regioni specifiche. Utilizzando i modelli sviluppati, i ricercatori analizzeranno i dati relativi al movimento molecolare singolo o la regolazione del flusso all’interno degli organelli, come il reticolo endoplasmatico o i mitocondri, e lo scambio di calcio nei nano-domini durante la trasmissione sinaptica nei dendriti.
Obiettivo
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.
Campo scientifico (EuroSciVoc)
CORDIS classifica i progetti con EuroSciVoc, una tassonomia multilingue dei campi scientifici, attraverso un processo semi-automatico basato su tecniche NLP. Cfr.: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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75794 Paris
Francia