Original title: Analýza dynamických interakcí těl axonů a jejich biofyzikální modelování.
Translated title: Analysis of dynamical interactions of axon shafts and their biopysical modelling.
Authors: Šmít, Daniel ; Zápotocký, Martin (advisor) ; Reingruber, Jūrgen (referee) ; Maršálek, Petr (referee)
Document type: Doctoral theses
Year: 2017
Language: eng
Abstract: [eng] [cze]
in English While axon fasciculation plays a key role in the development of neural networks, very lit- tle is known about its dynamics and the underlying biophysical mechanisms. In a model system composed of neurons grown ex vivo from explants of embryonic mouse olfactory epithelia, we observed that axons dynamically interact with each other through their shafts, leading to zippering and unzippering behaviour that regulates their fasciculation. Taking advantage of this new preparation suitable for studying such interactions, we carried out a detailed biophysical analysis of zippering, occurring either spontaneously or induced by micromanipulations and pharmacological treatments. We show that zippering arises from the competition of axon-axon adhesion and me- chanical tension in the axons. This is upheld on quantitative level by conforming change of network global structure in response to various pharmacological treatments, without active involvement of growth cones. The calibrated manipulations of interacting shafts provide qualitative support for the hypothesis, and also allow us to quantify the mechan- ical tension of axons in our system. Furthermore, we introduce a biophysical model of the zippering dynamics, which efficiently serves the purpose of estimating the magnitude of remaining involved... v Češtině Ačkoli hraje tvorba svazků axonů zásadní roli při vývoji nervových sítí, velice málo je známo o její dynamice a jejích výchozích biofyzikálních mechanismech. V modelovém systému neuronů kultivovaných ex vivo z explantátu embryonického myšího čichového epitelu jsme pozorovali dynamické interakce mezi axony prostřednictví jejich těl, které vedly k procesům zazipování a odzipování a regulovaly tak tvorbu svazků. Tento sys- tém se ukázal jako vhodný způsob přípravy vzorku pro studium takovýchto interakcí, využili jsme jej ke provedení podrobných biofyzikálních analýz zipovacích procesů, které nastávaly buďto spontánně, nebo byly vyvolány mechanickými nebo farmakologickými manipulacemi. Ukážeme, že k zipování dochází na základě protichůdných tendencí adheze mezi těly axonů a mechanického napětí v axonu. Tato teze je kvantitativně podpořena odpoví- dajícími změnami globální struktury axonální sítě bez účasti růstových vrcholů, pokud dojde k farmakologické manipulaci kultury. Kalibrované mechanické manipulace inter- agujících těl axonů pak poskytují kvalitativní oporu tvrzení, a umožňují změřit hod- noty mechanického napětí axonů systému. Dále také představíme biofyzikální model popisující dynamiku zipovacích procesů, který nám umožní efektivně stanovit hodnoty zbývajících biofyzikálních...
Keywords: axon; axon shaft; biomembrane force probe; bundling; cell adhesion; cell culture; fasciculation; mechanical tension; neural development; olfactory epithelium; axon; biomembránová silová sonda (biomembrane force probe); buněčná adheze; buněčná kultura; mechanické napětí; tvorba svazků axonů; tělo axonu; vývoj nervového systému; čichový epitel

Institution: Charles University Faculties (theses) (web)
Document availability information: Available in the Charles University Digital Repository.
Original record: http://hdl.handle.net/20.500.11956/84627

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-354435


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Charles University > Charles University Faculties (theses)
Academic theses (ETDs) > Doctoral theses