Published September 27, 2016
| Version v1
Publication
Open
Onset of nonlinearity in a stochastic model for auto-chemotactic advancing epithelia
- 1. École Normale Supérieure
- 2. École Normale Supérieure - PSL
- 3. Université Paris Sciences et Lettres
Description
Abstract We investigate the role of auto-chemotaxis in the growth and motility of an epithelium advancing on a solid substrate. In this process, cells create their own chemoattractant allowing communications among neighbours, thus leading to a signaling pathway. As known, chemotaxis provokes the onset of cellular density gradients and spatial inhomogeneities mostly at the front, a phenomenon able to predict some features revealed in in vitro experiments. A continuous model is proposed where the coupling between the cellular proliferation, the friction on the substrate and chemotaxis is investigated. According to our results, the friction and proliferation stabilize the front whereas auto-chemotaxis is a factor of destabilization. This antagonist role induces a fingering pattern with a selected wavenumber k 0 . However, in the planar front case, the translational invariance of the experimental set-up gives also a mode at k = 0 and the coupling between these two modes in the nonlinear regime is responsible for the onset of a Hopf-bifurcation. The time-dependent oscillations of patterns observed experimentally can be predicted simply in this continuous non-linear approach. Finally the effects of noise are also investigated below the instability threshold.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
نبذة مختصرة: نقوم بالتحقيق في دور الانجذاب الكيميائي الذاتي في نمو وحركة الظهارة التي تتقدم على ركيزة صلبة. في هذه العملية، تنشئ الخلايا جاذبيتها الكيميائية الخاصة بها مما يسمح بالاتصالات بين الجيران، مما يؤدي إلى مسار إشارات. كما هو معروف، يثير الانجذاب الكيميائي بداية تدرجات الكثافة الخلوية وعدم التجانس المكاني في الغالب في المقدمة، وهي ظاهرة قادرة على التنبؤ ببعض الميزات التي تم الكشف عنها في التجارب المختبرية. يتم اقتراح نموذج مستمر حيث يتم فحص الاقتران بين التكاثر الخلوي والاحتكاك على الركيزة والانجذاب الكيميائي. وفقًا لنتائجنا، يعمل الاحتكاك والانتشار على استقرار الجبهة في حين أن الانجذاب الكيميائي الذاتي هو عامل من عوامل زعزعة الاستقرار. يحفز هذا الدور المضاد نمط الإصبع برقم موجة محدد k 0 . ومع ذلك، في الحالة الأمامية المستوية، يعطي الثبات الانتقالي للإعداد التجريبي أيضًا وضعًا عند k = 0 والاقتران بين هذين الوضعين في النظام غير الخطي مسؤول عن بداية تشعب Hopf. يمكن التنبؤ بالتذبذبات المعتمدة على الوقت للأنماط التي تمت ملاحظتها تجريبيًا ببساطة في هذا النهج المستمر غير الخطي. أخيرًا، يتم أيضًا التحقيق في آثار الضوضاء تحت عتبة عدم الاستقرار.Translated Description (French)
Résumé Nous étudions le rôle de l'auto-chimiotaxie dans la croissance et la motilité d'un épithélium avançant sur un substrat solide. Dans ce processus, les cellules créent leur propre chimioattractant permettant la communication entre voisins, conduisant ainsi à une voie de signalisation. Comme on le sait, la chimiotaxie provoque l'apparition de gradients de densité cellulaire et d'inhomogénéités spatiales principalement à l'avant, un phénomène capable de prédire certaines caractéristiques révélées dans des expériences in vitro. Un modèle continu est proposé où le couplage entre la prolifération cellulaire, le frottement sur le substrat et la chimiotaxie est étudié. Selon nos résultats, les frottements et la prolifération stabilisent le front alors que l'auto-chimotaxie est un facteur de déstabilisation. Ce rôle antagoniste induit un motif de doigté avec un nombre d'onde sélectionné k 0 . Cependant, dans le cas du front planaire, l'invariance translationnelle du montage expérimental donne également un mode à k = 0 et le couplage entre ces deux modes en régime non linéaire est responsable de l'apparition d'une bifurcation de Hopf. Les oscillations dépendantes du temps des modèles observés expérimentalement peuvent être prédites simplement dans cette approche non linéaire continue. Enfin, les effets du bruit sont également étudiés en dessous du seuil d'instabilité.Translated Description (Spanish)
Resumen Investigamos el papel de la autoquimiotaxis en el crecimiento y la motilidad de un epitelio que avanza sobre un sustrato sólido. En este proceso, las células crean su propio quimioatrayente que permite las comunicaciones entre vecinos, lo que conduce a una vía de señalización. Como se sabe, la quimiotaxis provoca la aparición de gradientes de densidad celular e inhomogeneidades espaciales principalmente en el frente, un fenómeno capaz de predecir algunas características reveladas en experimentos in vitro. Se propone un modelo continuo donde se investiga el acoplamiento entre la proliferación celular, la fricción sobre el sustrato y la quimiotaxis. Según nuestros resultados, la fricción y la proliferación estabilizan el frente, mientras que la autoquimiotaxis es un factor de desestabilización. Este papel antagonista induce un patrón de digitación con un número de onda seleccionado k 0 . Sin embargo, en el caso frontal plano, la invariancia traslacional de la configuración experimental también da un modo en k = 0 y el acoplamiento entre estos dos modos en el régimen no lineal es responsable del inicio de una bifurcación de Hopf. Las oscilaciones dependientes del tiempo de los patrones observados experimentalmente se pueden predecir simplemente en este enfoque no lineal continuo. Finalmente también se investigan los efectos del ruido por debajo del umbral de inestabilidad.Files
srep33849.pdf.pdf
Files
(2.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:7a73eaeec9ad942bcc6c21db01ed0837
|
2.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- بداية اللاخطية في نموذج عشوائي للظهارة المتقدمة الكيميائية الذاتية
- Translated title (French)
- Apparition de la non-linéarité dans un modèle stochastique pour l'épithélium auto-chimotactique en progression
- Translated title (Spanish)
- Inicio de la no linealidad en un modelo estocástico para epitelios autoquimiotácticos en avance
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2524604167
- DOI
- 10.1038/srep33849
References
- https://openalex.org/W1185137021
- https://openalex.org/W1973360119
- https://openalex.org/W1978125990
- https://openalex.org/W1984437679
- https://openalex.org/W1984587826
- https://openalex.org/W1987074923
- https://openalex.org/W1989021197
- https://openalex.org/W1996559499
- https://openalex.org/W2000754426
- https://openalex.org/W2012939980
- https://openalex.org/W2013395252
- https://openalex.org/W2019475305
- https://openalex.org/W2021504321
- https://openalex.org/W2038224401
- https://openalex.org/W2040843328
- https://openalex.org/W2045434770
- https://openalex.org/W2048242269
- https://openalex.org/W2051568785
- https://openalex.org/W2064343848
- https://openalex.org/W2065890885
- https://openalex.org/W2066482993
- https://openalex.org/W2070995184
- https://openalex.org/W2076058350
- https://openalex.org/W2078613800
- https://openalex.org/W2079814827
- https://openalex.org/W2080477605
- https://openalex.org/W2080644329
- https://openalex.org/W2083814675
- https://openalex.org/W2086126894
- https://openalex.org/W2088392532
- https://openalex.org/W2094682718
- https://openalex.org/W2108173304
- https://openalex.org/W2124186838
- https://openalex.org/W2126306109
- https://openalex.org/W2136976527
- https://openalex.org/W2142416414
- https://openalex.org/W2150212989
- https://openalex.org/W2161296998
- https://openalex.org/W2162523836
- https://openalex.org/W2162658340
- https://openalex.org/W2279693978
- https://openalex.org/W2284192213
- https://openalex.org/W2299806323
- https://openalex.org/W2327168151
- https://openalex.org/W2340394040
- https://openalex.org/W2493230423
- https://openalex.org/W3105010165
- https://openalex.org/W4247604299