Descrizione del modulo "Trasmissione di segnali intracellulari (INT.P02.004.002)"

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  • Descrizione del modulo "Trasmissione di segnali intracellulari (INT.P02.004.002)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Le ricerche oggetto della commessa soddisfano i seguenti bisogni collettivi di tipo generale: - Miglioramento della qualità della vita in termini di cure più mirate, efficaci e personalizzate, di una maggiore prevenzione e comprensione delle patologie, obiettivo realizzabile in sinergia con medici/biologi/genetisti grazie ad un'analisi dei dati sperimentali più accurata ed efficiente. - Formazione di figure di alta qualificazione professionale quali quella del bioinformatico o del biomatematico che possano coprire le continue richieste provenienti dal settore. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Negli ultimi dieci anni si è assistito ad un interesse crescente per i modelli matematici della trasmissione del segnale dall'ambiente esterno verso i compartimenti interni della cellula. Lo scopo di questi modelli è quello di riprodurre quantitativamente la gran mole di dati sulla dinamica delle interazioni biochimiche tra i componenti proteici della cellula. Di solito la struttura spaziale intracellulare è trascurata in questi modelli, che sono composti da sistemi di equazioni differenziali ordinarie, in cui le varabili sono le concentrazioni di molecole. Un approccio più realistico consiste nell'introdurre esplicitamente la componente spaziale, permettendo alle proteine di muoversi nei vari compartimenti della cellula, in primo luogo nucleo e citoplasma. In questo lavoro ci concentreremo essenzialmente su alcuni aspetti dei processi di trasporto della Rane sul modulo MAPK. Lo scopo principale della ricerca consisterà in una descrizione di questi processi per mezzo di equazioni di reazione-diffusione e con modelli ad automi cellulari. Una particolare attenzione verrà dedicata ai fenomeni di trasmissione dei segnali attraverso la membrana nucleare. (literal)
Competenze
  • All'interno dell'IAC sono presenti competenze di tipo metodologico ed applicativo maturate attraverso diversi anni di esperienza in Modellistica fisico-matematica, Analisi Numerica, Informatica. Inoltre da vari anni i ricercatori coinvolti nel progetto lavorano in collaborazione con biologi e medici di laboratori italiani ed esteri. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Fruitori della ricerca a lungo termine sono individuabili tra le ditte produttrici di moderne biotecnologie e i laboratori di ricerca che possono avere a disposizione e quindi produrre/utilizzare i modelli sviluppati e i relativi software, nonché possono proporre collaborazioni o assegnare incarichi di sviluppo di nuove metodologie su progetti specifici o tecnologie emergenti. (literal)
Tecnologie
  • Da un punto vista matematico, verranno elaborati schemi numerici di alto ordine per la risoluzione di grandi sistemi di equazioni differenziali alle derivate parziali con termini di reazione e diffusione. Questi problemi saranno trattati nei diversi compartimenti cellulari e saranno quindi interconnessi da opportune condizioni di trasmissione sulle interfaccia, che necessitano lo sviluppo di approssimazioni di nuovo tipo. (literal)
Obiettivi
  • - Sviluppo di modelli e algoritmi numerici avanzati per la trasmissione di segnali intracellulari. - Implementazione del relativo software in ambiente di calcolo di alto livello quali Matlab o R, molto diffusi nella comunità scientifica. - Costruzione di interfacce user-friendly, integrando fruibilità da remoto e piattaforme differenti per facilitare l'accessibilità ad utenti non esperti - Applicazione delle metodologie proposte per la risoluzione di problemi reali in sinergia con biologi e operanti in laboratori italiani ed esteri - Diffusione dei risultati ottenuti attraverso pubblicazione su riviste, presentazioni a convegno, e rilascio di prototipi software - Formazione di figure con alta qualificazione in matematica e informatica applicate alla biologia (attraverso corsi, stages, dottorati) (literal)
Stato dell'arte
  • Alcuni modelli di cascate MAPK in cui le specie molecolari diffondono nel citoplasma è stato proposto da Naka et al., ma senza modellizzare il passaggio attraverso la membrana nucleare. Un altro modello proposto recentemente da Fujioka et al., formulato in termini di ODEs, conteneva esplicitamente il passaggio di alcune proteine del modullo della MAPK attraverso la membrana nucleare. Il meccanismo che permette il passaggio delle proteine attraverso i pori della membrana nuclerare è stato intensivamente studiato a livello biochimico, individuando come principale meccanismo quelli basati sulle proteine Ran e la loro intereazione con alcuni ricettori. Nessuno dei modelli esistenti è oggi in crado di descrivere completamente lo scambio dei segnali tra citoplasma e nucleo. (literal)
Tecniche di indagine
  • La metodologia di indagine seguita parte dalla descrizione di un problema reale da parte di biologi e prosegue con una fase di modellazione matematica. Si procede quindi ad una fase di analisi degli algoritimi che vengono elaborati ed analizzati, testandone l'accuratezza e la stabilità, per poi passare alla simulazione al calcolatore, che verrà messa a confronto con i dati sperimentali reali. Ovviamente alla fine di ogni fase è previsto un feedback con biologi ed un'eventuale modifica dei modelli considerati. Pertanto i metodi sviluppati saranno diretti sia all'analisi di dati sperimentali reali sia alla costruzione di modelli simulati che possono aiutare ad una migliore comprensione dei fenomeni in esame ed alla costruzione di modelli sempre più accurati. (literal)
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