Métodos para el análisis de programas probabilistas y no-deterministas utilizando probadores de teoremas. Methods for the analysis of probabilistic and nondeterministic programs using theorem provers.

La verificación y el análisis de programas con características probabilistas es una tarea necesaria del quehacer científico y tecnológico actual. El éxito y su posterior masificación de las implementaciones de protocolos de comunicación a nivel hardware y soluciones probabilistas a problemas distribuidos hacen más que interesante el uso de agentes estocásticos como elementos de programación. En muchos de estos casos el uso de agentes aleatorios produce soluciones mejores y más eficientes; en otros proveen soluciones donde es imposible encontrarlas por métodos tradicionales. Estos algoritmos se encuentran generalmente embebidos en múltiples mecanismos de hardware, por lo que un error en los mismos puede llegar a producir una multiplicación no deseada de sus efectos nocivos.Actualmente el mayor esfuerzo en el análisis de programas probabilísticos se lleva a cabo en el estudio y desarrollo de herramientas denominadas chequeadores de modelos probabilísticos. Las mismas, dado un modelo finito del sistema estocástico, obtienen de forma automática varias medidas de performance del mismo. Aunque esto puede ser bastante útil a la hora de verificar programas, para sistemas de uso general se hace necesario poder chequear especificaciones más completas que hacen a la corrección del algoritmo. Incluso sería interesante poder obtener automáticamente las propiedades del sistema, en forma de invariantes y contraejemplos.En este proyecto se pretende abordar el problema de análisis estático de programas probabilísticos mediante el uso de herramientas deductivas como probadores de teoremas y SMT solvers. Las mismas han mostrado su madurez y eficacia en atacar problemas de la programación tradicional. Con el fin de no perder automaticidad en los métodos, trabajaremos dentro del marco de "Interpretación Abstracta" el cual nos brinda un delineamiento para nuestro desarrollo teórico. Al mismo tiempo pondremos en práctica estos fundamentos mediante implementaciones concretas que utilicen aquellas herramientas.

Mecanismos Celulares y Moleculares que regulan la Secreción, Proliferación y Muerte de Células Lactotropas. Cellular and molecular mechanisms that regulate secretion, proliferation and death of lactotroph cells.

El presente proyecto está dirigido a estudiar los mecanismos celulares y moleculares involucrados en la regulación de la población de lactotropas, como resultado del balance entre los procesos de proliferación y muerte celular correlacionados con la secreción de prolactina. Dentro de las vías de transducción de señales involucradas se determinará la activación de las diferentes isoformas de PKC utilizando inhibidores específicos y la participación de la vía MAPK-ERK1/2 en cultivos primarios adenohipofisarios y en la línea tumoral GH3B6. Además, se completará la caracterización morfológica y bioquímica de los diferentes procesos de muerte celular inducidos por bromocriptina en modelos de regresión de prolactinomas. Se incorporan al presente proyecto nuevas líneas de investigación dirigidas a estudiar la participación de receptores estrogénicos nucleares y de membrana sobre la actividad secretoria y proliferativa de células lactotropas. Se fija como objetivo la identificación de los mismos y su translocación intracelular en respuesta a estímulos específicos. Estas investigaciones se realizarán en cultivo primario de adenohipófisis, a nivel de microscopía electrónica y confocal. La participación de las isoformas alfa y beta de receptores estrogénicos intracelulares y de membrana en los efectos del estradiol sobre la proliferación y secreción de PRL se determinará mediante el uso de agonistas y antagonistas específicos en cultivo primario de adenohipófisis y de la línea GH3B6. Un tema de actualidad es el estudio de vías de señalización involucradas en las acciones del estrógeno en interacción con neuropéptidos o factores de crecimiento, estableciendo la interacción entre los receptores de membrana, además de posibles "crosstalk" entre diferentes rutas de transducción de señales. Como aporte a este tópico se propone estudiar los efectos genómicos y no genómicos del estradiol en interacción con TRH o FGF-2, modulando la actividad secretoria y proliferativa de las células lactotropas. Los datos obtenidos podrán contribuir al conocimiento de nuevas estrategias utilizadas para disminuir el crecimiento de tumores, inhibiendo moléculas claves como receptores de estrógenos, factores de crecimiento y algunas involucradas en las vías de señalización.

Aspectos bioquímicos y celulares de la reproducción de los vectores de la enfermedad de Chagas: regulación e importancia fisiológica. Biochemical and cellular aspects of the reproduction of Chagas’ disease vectors: regulation and physiologycal impact

En la hipótesis de trabajo del presente proyecto se considera la importancia del metabolismo de lípidos y proteínas en los insectos hematófagos, en particular en los vectores de la enfermedad de Chagas, para afrontar exitosamente la demanda energética de la reproducción. Las hembras de estas especies pueden ingerir una comida de sangre abundante en lípidos y proteínas, los que son modificados en el intestino para su utilización y posterior almacenamiento en estructuras organizadas en el tejido ovárico, sustentando así el rápido crecimiento de los ovocitos. Estos aspectos resultan críticos para el ciclo de vida del insecto y para el mantenimiento de la cadena epidemiológica de la enfermedad. En estas especies, recientemente hemos caracterizado a nivel bioquímico y celular la interacción entre lipoproteínas y tejidos [Fruttero y col., Insect Biochem. Mol. Biol. 39: 322-331 (2009); Fruttero y col. Biocel 33 (3): 260 (2009)] y las fases del ciclo reproductivo [Aguirre y col., J. Insect Physiol. 54: 393-402 (2008)]. No obstante, los factores que participan en su regulación son aún escasamente conocidos. En este contexto, el estudio propone emplear dos especies de triatominos con el objeto de: (1) caracterizar los factores involucrados en la formación y regulación de reservas nutricionales en los ovocitos; (2) analizar los eventos que participan en la regresión del tejido ovárico: atresia folicular y mecanismos de muerte celular. (3) evaluar el impacto de productos naturales (ureasas vegetales y péptidos derivados) en el desarrollo del tejido ovárico. Para la ejecución de los objetivos se llevarán a cabo ensayos in vivo e in vitro con trazadores fluorescentes, fraccionamiento subcelular, estudios de expresión de proteínas (mRNA y proteína), estudios histo-morfológicos, ultraestructurales e inmunocitoquímicos, microscopía láser confocalizada, ensayos de actividad enzimática, ELISA, western-blot, electroforesis bidimensional, espectrometria de masas en tándem, etc. También se evaluarán los mecanismos de muerte celular (apoptosis/autofagia) mediante microscopía electrónica, detección de apoptosis in situ (TUNEL), inmunofluorescencia, etc. Los resultados obtenidos permitirán un mejor conocimiento sobre la fisiología y bioquímica de estos vectores, los que resultan indispensables en el diseño de nuevas estrategias para su control. Debido a la carencia de un tratamiento específico para la enfermedad y a la falta de métodos preventivos (vacuna), el control del vector es una de las vías más importantes para reducir la incidencia de la enfermedad. Actualmente, la situación socio-económica que sufren amplios núcleos de nuestra población propicia condiciones de vida que facilitan la reproducción de los vectores y la transmisión vectorial del parásito. El estudio permitirá además explorar aspectos bioquímicos y celulares básicos, generando conocimientos que podrían ser extensivos a otros insectos de importancia económica en la ganadería y/o agricultura. The aim of this project is to analyze the biochemical and cellular events involved in the lipid and protein metabolism in Chagas' disease vectors, and to evaluate their impact on the physiology of reproduction, particularly in the formation of nutritional resources in developing oocytes. At present, little is known about these critical aspects for the life cycle of the insect and for the epidemiology of the disease. The experimental approaches, which will be carried out using two species of triatomines, were designed: (1) to characterize factors involved in the formation and regulation of nutritional resources in developing oocytes; (2) to analyze the biochemical and cellular events that play a role during the regression of ovarian tissue, including the processes of oocyte resorption and programmed cell death. (3) to evaluate the impact of natural products (ureases from jackbean and related peptides) in the development of ovarian tissue. Methods and techniques involved in the project are: in vivo and in vitro assays with fluorescent tracers, ELISA, chemical assays, enzyme activities, western-blot; protein expression (mRNA), histological techniques, immunohistochemical and ultrastructural studies. Cell death will be analyzed by detection of apoptosis in situ (TUNEL), immunofluorescence (for autophagy), among others. The results obtained from the study will offer the opportunity to explore important aspects in the biology and physiology of Chagas' disease vectors that could be of potential utility in designing alternative strategies for the control of the insect.

Cellular DBMS : customizable and autonomous data management using a RISC-style architecture

Magdeburg, Univ., Fak. für Informatik, Diss., 2011

Investigation of cellular mechanisms of hippocampal LTP and LTD

Synaptic tagging, Cross-tagging, LTP, LTD, rolipram

Consumers' behavior and the Bertrand paradox: an ACE approach

We analyze the classical Bertrand model when consumers exhibit some strategic behavior in deciding from which seller they will buy. We use two related but different tools. Both consider a probabilistic learning (or evolutionary) mechanism, and in the two of them consumers' behavior in uences the competition between the sellers. The results obtained show that, in general, developing some sort of loyalty is a good strategy for the buyers as it works in their best interest. First, we consider a learning procedure described by a deterministic dynamic system and, using strong simplifying assumptions, we can produce a description of the process behavior. Second, we use nite automata to represent the strategies played by the agents and an adaptive process based on genetic algorithms to simulate the stochastic process of learning. By doing so we can relax some of the strong assumptions used in the rst approach and still obtain the same basic results. It is suggested that the limitations of the rst approach (analytical) provide a good motivation for the second approach (Agent-Based). Indeed, although both approaches address the same problem, the use of Agent-Based computational techniques allows us to relax hypothesis and overcome the limitations of the analytical approach.

Desenvolupament d'hidrogels superficials que contenen motius d'adhesió cel·lular

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Departament d’Enginyeria Química del Massachusetts Institute of Technology entre abril i octubre del 2006. S’ha dissenyat i sintetitzat uns nous films polimèrics, amb aplicacions en l’àmbit de l’enginyeria de teixits, utilitzant la tècnica anomenada iCVD (initiated Chemical Vapor Deposition), prèviament desenvolupada pel grup receptor. Es tracta d’uns hidrogels superficials de gruix controlable, que incorporen un monòmer fluorat, el qual s’havia estudiat extensament en el grup d’origen. Aquest monòmer es caracteritza per reaccionar molt fàcilment amb pèptids, de manera que aquests queden units covalentment a la superfície. Diferents estratègies pel desenvolupament d’aquests copolímers han estat avaluades, tant des del punt de vista purament sintètic com de la pròpia aplicació. Les condicions de polimerització han estat optimitzades i els hidrogels s’han caracteritzat químicament per tècniques espectroscòpiques (FTIR, XPS), i físicament per angle de contacte i el·lipsometria. D’aquesta manera, s’ha estudiat la capacitat dels hidrogels d’absorbir aigua i alhora augmentar el seu gruix, depenent de la quantitat d’agent reticulant introduït i de la incorporació del nou monòmer. A continuació, s’han optimitzat les condicions de reacció d’aquestes superfícies amb pèptids que incorporen una molècula fluorescent, la qual permet detectar fàcilment per microscòpia de fluorescència si la reacció ha tingut lloc. Una vegada la plataforma ha estat posada a punt, s’han iniciat assajos cel·lulars tant amb fibroblasts embriònics de ratolí com amb cèl·lules humanes umbilicals. Els resultats preliminars suggereixen una morfologia diferent de les cèl·lules segons si es cultiven sobre films modificats amb pèptids que promouen l’adhesió cel·lular o sobre les seves seqüències permutades no actives. Però, el més interessant és que també s’han observat certes diferències depenent si els films contenen el component hidrogel o no, fet que suggeriria un paper actiu d’aquests noves superfícies en el comportament cel·lular.

Extracellular matrix components in peripheral nerve repair: how to affect neural cellular response and nerve regeneration?

Peripheral nerve injury is a serious problem affecting significantly patients' life. Autografts are the "gold standard" used to repair the injury gap, however, only 50% of patients fully recover from the trauma. Artificial conduits are a valid alternative to repairing peripheral nerve. They aim at confining the nerve environment throughout the regeneration process, and providing guidance to axon outgrowth. Biocompatible materials have been carefully designed to reduce inflammation and scar tissue formation, but modifications of the inner lumen are still required in order to optimise the scaffolds. Biomicking the native neural tissue with extracellular matrix fillers or coatings showed great promises in repairing longer gaps and extending cell survival. In addition, extracellular matrix molecules provide a platform to further bind growth factors that can be released in the system over time. Alternatively, conduit fillers can be used for cell transplantation at the injury site, reducing the lag time required for endogenous Schwann cells to proliferate and take part in the regeneration process. This review provides an overview on the importance of extracellular matrix molecules in peripheral nerve repair.

Superficial and deep changes of cellular mechanical properties following cytoskeleton disassembly.

The cytoskeleton, composed of actin filaments, intermediate filaments, and microtubules, is a highly dynamic supramolecular network actively involved in many essential biological mechanisms such as cellular structure, transport, movements, differentiation, and signaling. As a first step to characterize the biophysical changes associated with cytoskeleton functions, we have developed finite elements models of the organization of the cell that has allowed us to interpret atomic force microscopy (AFM) data at a higher resolution than that in previous work. Thus, by assuming that living cells behave mechanically as multilayered structures, we have been able to identify superficial and deep effects that could be related to actin and microtubule disassembly, respectively. In Cos-7 cells, actin destabilization with Cytochalasin D induced a decrease of the visco-elasticity close to the membrane surface, while destabilizing microtubules with Nocodazole produced a stiffness decrease only in deeper parts of the cell. In both cases, these effects were reversible. Cell softening was measurable with AFM at concentrations of the destabilizing agents that did not induce detectable effects on the cytoskeleton network when viewing the cells with fluorescent confocal microscopy. All experimental results could be simulated by our models. This technology opens the door to the study of the biophysical properties of signaling domains extending from the cell surface to deeper parts of the cell.

Cellular schwannomas of the intracranial and intraspinal compartment: morphological and immunological characteristics compared with classical benign schwannomas.

The concept of cellular schwannoma as an unusual benign tumor is well established for peripheral nerves but has never been tested in neurosurgical series. In order to test the validity of this concept in cranial nerves and spinal roots we performed an analysis of the clinical and morphological characteristics of 12 cellular and 166 classical benign schwannomas. Immunohistochemical detection of antigen expression in Schwann cells including proliferating cell nuclear antigen (PCNA) was also performed. This study shows that cellular schwannomas in neurosurgical series manifest at a lower age than the classical benign variant and occur mainly in the spinal roots. Mitotic activity and sinusoidal vessels appear more frequently in cellular schwannomas and constitute with high cellularity, the most valuable criteria separating both entities. The postoperative course in both types of tumors was free of metastases or sarcomatous changes. Immunoexpression of S-100 protein, vimentin, epithelial membrane antigen and glial fibrillary acidic protein is not statistically different between the two variants. In contrast, PCNA is more highly expressed in cellular schwannomas. These These results confirm the concept that cellular schwannomas are a clinico-pathological variant of benign schwannomas and provide significant support for the introduction of this entity in neurosurgical oncology.

Tumor necrosis factor (TNF) signaling, but not TWEAK (TNF-like weak inducer of apoptosis)-triggered cIAP1 (cellular inhibitor of apoptosis protein 1) degradation, requires cIAP1 RING dimerization and E2 binding.

Cellular inhibitor of apoptosis (cIAP) proteins, cIAP1 and cIAP2, are important regulators of tumor necrosis factor (TNF) superfamily (SF) signaling and are amplified in a number of tumor types. They are targeted by IAP antagonist compounds that are undergoing clinical trials. IAP antagonist compounds trigger cIAP autoubiquitylation and degradation. The TNFSF member TWEAK induces lysosomal degradation of TRAF2 and cIAPs, leading to elevated NIK levels and activation of non-canonical NF-kappaB. To investigate the role of the ubiquitin ligase RING domain of cIAP1 in these pathways, we used cIAP-deleted cells reconstituted with cIAP1 point mutants designed to interfere with the ability of the RING to dimerize or to interact with E2 enzymes. We show that RING dimerization and E2 binding are required for IAP antagonists to induce cIAP1 degradation and protect cells from TNF-induced cell death. The RING functions of cIAP1 are required for full TNF-induced activation of NF-kappaB, however, delayed activation of NF-kappaB still occurs in cIAP1 and -2 double knock-out cells. The RING functions of cIAP1 are also required to prevent constitutive activation of non-canonical NF-kappaB by targeting NIK for proteasomal degradation. However, in cIAP double knock-out cells TWEAK was still able to increase NIK levels demonstrating that NIK can be regulated by cIAP-independent pathways. Finally we show that, unlike IAP antagonists, TWEAK was able to induce degradation of cIAP1 RING mutants. These results emphasize the critical importance of the RING of cIAP1 in many signaling scenarios, but also demonstrate that in some pathways RING functions are not required.

Nano-electro-mechanical in dynamical cellular processes

Report for the scientific sojourn carried out at the Department of Structure and Constituents of Matter during 2007.The main focus of the work was on phenomena related to nano-electromechanical processes that take place on a cellular level. Additionally, it has also been performed independent work related to charge and energy transfer in bio molecules, energy transfer in coupled spin systems as well as electrodynamics of nonlinear metamaterials.