Mecanismos de diferenciación celular en una de las células eucariotas más primitivas, el protozoario intestinal Giardia lamblia

Giardia lamblia es un protozoario que habita en el intestino de seres humanos y otros vertebrados. La forma vegetativa del parásito carece de organelas típicas de células eucariotas tales como mitocondrias, peroxisomas y compartimentos relacionados en el tráfico intracelular y secreción de proteínas como el aparato de Golgi y gránulos de secreción. Dentro del intestino algunos trofozoítos se transforman en quistes, la forma infectiva, que se liberan con las heces, responsables de la transmisión de la enfermedad. El enquistamiento se manifiesta como un proceso de adaptación celular a la falta de colesterol que ocurre en la parte inferior del intestino, aunque no se conocen los mecanismos de transducción de señales que llevan a la expresión de genes específicos. Este proyecto está dirigido a conocer los aspectos del proceso de enquistamiento de Giardia, como son a) mecanismos de transducción de señales que se generan ante esta ausencia de colesterol y la regulación de la expresión de genes específicos, b) transporte intracelular de los componentes de la pared del quiste, en particular la biogénesis de las vesículas especificas de secreción y del aparato de Golgi, organelas presentes en trofozoítos en proceso de enquistamiento y c) el ensamblado de la pared extracelular.

Mecanismos de diferenciación celular en giardia lamblia.

La propuesta de investigación para el próximo período está dirigida a conocer en profundidad varios aspectos del proceso de enquistamiento de Giardia. Por otro lado, continuaremos con la dilucidación de los mecanismos involucrados en la regulación de la variación antigénica en Giardia y el desarrollo de una vacuna contra este importante patógeno intestinal. Se continuará con la profundización de los estudios inmunológicos que generan protección y se desarrollará un nuevo proyecto para la utilización de los antígenos de superficie de Giardia para la generación de una plataforma para la producción de vacunas orales contra otros agentes infecciosos.

Papel de la subunidad alpha de la proteína G heterotrimérica en el sensado de glucosa y en la diferenciación celular del hongo dimórfico yarrowia lipolytica.

Tesis (Maestría en Ciencias en Nutrición) UANL, 2014.

Mecanismos epigenéticos involucrados en regulación génica específica durante los procesos de diferenciación del protozoario intestinal giardia lamblia.

Se define como epigenética al área de la genética que estudia todos aquellos cambios heredables que no se encuentran determinados en la secuencia primaria del ADN (Albert y col., 2002). Los cambios epigenéticos son variados; los más conocidos son la metilación de bases nitrogenadas (que no existe en Giardia; Prucca y col., 2008), las modificaciones post-traduccionales de histonas y los Complejos de Remodelación de Cromatina. En los últimos años se ha avanzado en el estudio de la regulación de la expresión de genes mediante estos procesos. El mecanismo de ARNi está íntimamente relacionado con la modificaciones post-traduccionales de histonas; regulando la estructura de cromatina y permitiendo que los complejos primarios de transcripción de genes puedan o no expresar la información. Nuestra hipótesis de trabajo se basa en que cambios epigenéticos están involucrados en la regulación génica específica durante los procesos de adaptación y diferenciación de Giardia. Para responder la misma se plantean los siguientes objetivos específicos: 1. Identificar modificaciones de histonas y su relación con los procesos de diferenciación celular en Giardia. 2. Caracterizar enzimas involucradas en las modificaciones post-traduccionales de histonas. 3. Determinar qué tipo de modificaciones participan en la activación o silenciamiento de la expresión de genes específicos. 4. Manipular al parásito para aumentar o disminuir las modificaciones epigenéticas que pueden estar involucradas en los procesos de diferenciación a quiste o en la variación antigénica para una mayor comprensión de los mecanismos moleculares involucrados. 5. Determinar el estado redox de Giardia durante el enquistamiento y la variación antigénica. 6. Participación de ARN-helicasas en los Complejos Remodeladores de Cromatina.

Modulación de la secreción de células hipofisiarias

El presente proyecto de investigación está dirigido a obtener información integral sobre los mecanismos regulatorios involucrados en la secreción de células hipofisiarias. Estos procesos están modulados por numerosos factores que producen distintos grados de diferenciación celular, heterogeneidad morfológica y funcional de las diferentes poblaciones, correlacionados con la presencia de variantes moleculares de las hormonas secretadas por cada tipo celular. Para lograr el objetivo propuesto es necesario determinar la variación de los parámetros bioquímicos y ultraestructurales que se produce en respuesta a diferentes agentes estimulatorios o inhibitorios que modifican la secreción y la población de los distintos tipos celulares de la hipófisis, específicamente sobre las poblaciones de células lactotropas y somatotropas. Se desarrollarán los siguientes objetivos específicos: a) Variaciones funcionales de las subpoblaciones de las células lactotropas; respuesta diferencial a los neuropéptidos de acción directa TRH AII y de acción paracrina AII y GnRH. b) Regulación paracrina de prolactina, se estudiará la interacción de las células lactotropas con distintos tipos celulares en cultivos enriquecidos. c) Dinámica de la secreción de PRL; se estudiará el mecanismo del proceso secretorio de PRL con el uso de drogas inhibitorias de la síntesis o bloqueantes de la secreción proteica a distintos niveles. d) Factores que participan en la proliferación y diferenciación de células somatotropas; estudio de los mecanismos por los cuales e se regula la población de células somatotropas.

Expresión de genes placentarios y análisis de sus productos proteicos: Relación con genes homólogos bacterianos

La diferenciación celular es la resultante del control de la expresión de un conjunto de genes específicos que determinan las características funcionales y morfológicas de una célula. Diversas causas inductoras de tumores alteran el control genético en células completamente diferenciadas, promoviendo entre los numerosos disturbios moleculares, la activa expresión de genes que deberían estar reprimidos. En las etapas prematuras de su desarrollo la placenta humana posee propiedades biológicas que se asemejan a las de un tumor, como por ejemplo el activo crecimiento tisular, la invasividad y la expresión de proteínas que no se encuentran habitualmente en tejidos normales sino solamente en condiciones de transformación tumoral. En condiciones normales sintetiza y secreta una variedad de esteroides (progesterona y estradiol), enzimas involucradas en su síntesis (3beta-SDH, aromatasa), hormonas peptídicas (HCG, HPL) y proteínas específicas del embarazo, entre ellas las denominadas PSG. Objetivos Generales: Comprende el estudio de la expresión, regulación y probable funcionalidad de genes placentales tanto en condiciones fisiológicas como patológicas. Se caracterizarán secuencias de DNA y proteínas que intervienen en el control de esos genes. Se analizarán algunos genes que determinan la patogénesis bacteriana. Objetivos Específicos. Comprende las siguientes actividades: Tema 1: Expresión y funcionalidad de genes PSG y de 3beta-SDH. Tema 2: Expresión diferencial de genes en tumores trofoblásticos (Mola Hidatiforme). Tema 3: Caracterización topográfica-funcional de 3beta-SDH. Relación con otras enzimas esteroidogénicas. Tema 4: Estudios de genes y productos de organismos procariotas. Tema 5: Aplicaciones de la Biología Molecular en: a) Diagnóstico de enfermedades Hematológicas y Endocrinológicas. b) Tipificación de bacterias patógenas

Regulación del transporte de iones a través de membranas biológicas: El transporte activo Na/K y el contratransporte Na/Ca

El contra-transporte Na-Ca presente en células excitables es un sistema que, reversiblemente, puede introducir Ca de las células en intercambio por Na. La energía requerida para el transporte de Ca en contra de su gradiente electroquímico es provista por el gradiente de Na generado por la actividad de la Na+, K+- ATPasa. Por ello, aunque estos dos mecanismos funcionan independientemente uno del otro, están íntimamente ligados en la gestión integradora de la homeostasis iónica celular. (...) El presente plan consiste en dos subproyectos que estudiarán dos sistemas de transporte de cationes a través de la membrana celular estrechamente ligados entre sí. Estos son el contratransporte Na/Ca y el transporte activo Na/K que a su vez provee de energías (el gradiente de Na) para el funcionamiento del primero. Los estudios enfatizarán la regulación metabólica, su relevancia en la maduración y diferenciación celular y los intermediarios en los ciclos de reacción. (I) Subproyecto de Intercambio Na/Ca: Los objetivos que se persiguen son: (i) avanzar en la propiedades del sitio activador externo para cationes monovalentes (SAECM); (ii) analizar el ciclo de reacción en base a las propiedades del ciclo único tratando de establecer la cinética del sistema de unión de ligandos transportados (secuencial o ping pong); (iii) analizar el/los mecanismos asociados a la estimulación por MgATP. Si la fosforilación por ATP es requerida, identificar las reacciones y estructuras involucradas. Las preparaciones a utilizar incluyen células nerviosas en cultivo, vesículas de esas células y vesículas de cerebro total y de miocardio. (II) Transporte activo Na/K: el propósito es proveer información relevante al debate respecto del mecanismo por el cual K estimula la reacción de intercambio fosforil entre ATP y ADP y revierte la inhibición por Na exterior de la actividad Na-ATPasa, de la deforilación de E2P y del intercambio ATP-ADP. La preparación a utilizar será la Na+, K+- ATPasa purificada; la ubicación topográfica de sitios de interacción se efectuará utilizando la enzima incorporada en liposomas.

Modulación de la secreción de células hipofisiarias

El presente proyecto de investigación está dirigido a obtener información integral sobre los mecanismos regulatorios involucrados en la secreción de células hipofisiarias. Estos procesos están modulados por numerosos factores que producen distintos grados de diferenciación celular, heterogeneidad morfológica y funcional de las diferentes poblaciones, correlacionados con la presencia de variantes moleculares de las hormonas secretadas por cada tipo celular. Para lograr el objetivo propuesto es necesario determinar la variación de los parámetros bioquímicos y ultraestructurales que se produce en respuesta a diferentes agentes estimulatorios o inhibitorios que modifican la secreción y la población de los distintos tipos celulares de la hipófisis, específicamente sobre las poblaciones de células lactotropas y somatotropas. Se desarrollarán los siguientes objetivos específicos: a) Variaciones funcionales de las subpoblaciones de las células lactotropas; respuesta diferencial a los neuropéptidos de acción directa TRH AII y de acción paracrina AII y GnRH. b) Regulación paracrina de prolactina, se estudiará la interacción de las células lactotropas con distintos tipos celulares en cultivos enriquecidos. c) Dinámica de la secreción de PRL; se estudiará el mecanismo del proceso secretorio de PRL con el uso de drogas inhibitorias de la síntesis o bloqueantes de la secreción proteica a distintos niveles. d) Factores que participan en la proliferación y diferenciación de células somatotropas; estudio de los mecanismos por los cuales e se regula la población de células somatotropas.

ARN helicasas en dos procesos de desarrollo: variación antigénica y enquistamiento de giardia lamblia.

Además de su importancia médica y veterinaria al ser una de las mayores causas de enfermedad intestinal con origen en el consumo de agua, Giardia es un excelente modelo para estudiar la evolución de importantes procesos celulares, ya que es una de las células eucariotas más primitivas que se conocen. Giardia utiliza dos mecanismos de adaptación a los cambios ambientales que confronta durante su ciclo de vida, ya sea para sobrevivir dentro del intestino del huésped como es la variación de sus antígenos de superficie, o fuera del mismo como es la diferenciación a quiste o enquistamiento. El Objetivo General de nuestro proyecto de investigación es el de comprender los mecanismos de adaptación y diferenciación celular en Giardia lamblia y utilizar esos conocimientos para el desarrollo de metodologías que permitan evitar la enfermedad y/o la transmisión del parásito así como también para definir nuevas técnicas diagnósticas. Las ARN Helicasas están presentes en muchas Archaea, casi todas las Eubacterias y todos los organismos eucariotas, y son necesarias o están involucradas en muchos procesos diferentes del metabolismo del ARN. En células eucariotas se las ha asociado desde la transcripción hasta la degradación del ARN, incluyendo pre-ARNm splicing, exportación del ARNm, biogénesis del ribosoma, iniciación de la traducción y expresión génica en organelas. Resultados previos indican que el mecanismo por el cual Giardia regula la expresión de sus proteínas variables de superficie es a nivel post-transcripcional, utilizando un mecanismo similar a ARN de interferencia. La presencia de los complejos de doble hebra de ARN promueve la acción de ARN Helicasas y ARNasas III que cortan el dsRNA en fragmentos cortos de 21-23 nt. Sin dudas ésta es la primera evidencia de un mecanismo de este tipo que participa fisiológicamente en la regulación génica diferencial. Por otro lado, se ha descripto la interacción de helicasas con deacetilasas de histonas (HDAC), las cuales según estudios realizados en nuestro laboratorio estarían involucradas en la regulación epigenética de la variación antigénica y el enquistamiento. Se busca por lo tanto comprender la participación de ARN Helicasas en ambos procesos de adaptación del parásito, evaluando el grado e importancia de las mismas. En particular se focalizará en la localización subcelular, la interacción con otros componentes de la maquinaria regulatoria y determinación de los dominios involucrados, como también la relación entre sus niveles de expresión y los diferentes fenotipos asociados a estos procesos de adaptación del parásito.

Breast cancer 1 (BrCa1) may be behind decreased lipogenesis in adipose tissue from obese subjects.

CONTEXT Expression and activity of the main lipogenic enzymes is paradoxically decreased in obesity, but the mechanisms behind these findings are poorly known. Breast Cancer 1 (BrCa1) interacts with acetyl-CoA carboxylase (ACC) reducing the rate of fatty acid biosynthesis. In this study, we aimed to evaluate BrCa1 in human adipose tissue according to obesity and insulin resistance, and in vitro cultured adipocytes. RESEARCH DESIGN AND METHODS BrCa1 gene expression, total and phosphorylated (P-) BrCa1, and ACC were analyzed in adipose tissue samples obtained from a total sample of 133 subjects. BrCa1 expression was also evaluated during in vitro differentiation of human adipocytes and 3T3-L1 cells. RESULTS BrCa1 gene expression was significantly up-regulated in both omental (OM; 1.36-fold, p = 0.002) and subcutaneous (SC; 1.49-fold, p = 0.001) adipose tissue from obese subjects. In parallel with increased BrCa1 mRNA, P-ACC was also up-regulated in SC (p = 0.007) as well as in OM (p = 0.010) fat from obese subjects. Consistent with its role limiting fatty acid biosynthesis, both BrCa1 mRNA (3.5-fold, p<0.0001) and protein (1.2-fold, p = 0.001) were increased in pre-adipocytes, and decreased during in vitro adipogenesis, while P-ACC decreased during differentiation of human adipocytes (p = 0.005) allowing lipid biosynthesis. Interestingly, BrCa1 gene expression in mature adipocytes was restored by inflammatory stimuli (macrophage conditioned medium), whereas lipogenic genes significantly decreased. CONCLUSIONS The specular findings of BrCa1 and lipogenic enzymes in adipose tissue and adipocytes reported here suggest that BrCa1 might help to control fatty acid biosynthesis in adipocytes and adipose tissue from obese subjects.

Cells derived from the coelomic epithelium contribute to multiple gastrointestinal tissues in mouse embryos.

Gut mesodermal tissues originate from the splanchnopleural mesenchyme. However, the embryonic gastrointestinal coelomic epithelium gives rise to mesenchymal cells, whose significance and fate are little known. Our aim was to investigate the contribution of coelomic epithelium-derived cells to the intestinal development. We have used the transgenic mouse model mWt1/IRES/GFP-Cre (Wt1(cre)) crossed with the Rosa26R-EYFP reporter mouse. In the gastrointestinal duct Wt1, the Wilms' tumor suppressor gene, is specific and dynamically expressed in the coelomic epithelium. In the embryos obtained from the crossbreeding, the Wt1-expressing cell lineage produces the yellow fluorescent protein (YFP) allowing for colocalization with differentiation markers through confocal microscopy and flow cytometry. Wt1(cre-YFP) cells were very abundant throughout the intestine during midgestation, declining in neonates. Wt1(cre-YFP) cells were also transiently observed within the mucosa, being apparently released into the intestinal lumen. YFP was detected in cells contributing to intestinal vascularization (endothelium, pericytes and smooth muscle), visceral musculature (circular, longitudinal and submucosal) as well as in Cajal and Cajal-like interstitial cells. Wt1(cre-YFP) mesenchymal cells expressed FGF9, a critical growth factor for intestinal development, as well as PDGFRα, mainly within developing villi. Thus, a cell population derived from the coelomic epithelium incorporates to the gut mesenchyme and contribute to a variety of intestinal tissues, probably playing also a signaling role. Our results support the origin of interstitial cells of Cajal and visceral circular muscle from a common progenitor expressing anoctamin-1 and SMCα-actin. Coelomic-derived cells contribute to the differentiation of at least a part of the interstitial cells of Cajal.

Role of alpha 2,3-sialyltransferases ST3Gal III and ST3Gal IV in pancreatic ductal adenocarcinoma

Este trabajo demuestra que los genes que codifican para los enzimas beta-galactosido alfa-2,3-sialiltransferasa 3 (ST3Gal III), y en menor medida beta-galactosido alfa-2,3-sialiltransferasa 4 (ST3Gal IV), están directamente implicados en etapas clave de la progresión tumoral como la adhesión, la migración y la formación de metástasis en las líneas de adenocarcinoma pancreático humano Capan-1 y MDAPanc-28. También, que las Especies Reactivas del Oxígeno (ROS) generadas durante los procesos de proliferación y diferenciación celular o debido a estímulos oxidantes externos, desempeñan un importante papel en el control de la síntesis de ST3Gal III y SLex, y por lo tanto en la regulación del fenotipo metastático. Además, junto al papel pro-adhesivo de la E-Selectina, este trabajo ha descrito efectos prometastáticos adicionales para esta molécula como inductora de la migración y de la secreción de VEGF a través de un mecanismo E-Selectina-SLex dependiente.

Posibles roles de los receptores a manosa-6-fosfato durante la organogénesis

Los receptores a manosa-6-fosfato (MPRs) son glicoproteínas que presentan como función principal el transporte de las hidrolasas lisosomales al lisosoma. Se conocen hasta el momento dos formas de MPRs: el receptor catión dependiente de 46 kDa (CD-MPR), que necesita iones bivalentes como Ca+2, Mg+2 o Mn+2 en muy bajas concentraciones para interactuar con sus ligandos; y el receptor catión independiente de 300 kDa (CI-MPR) que actúa aún en ausencia de los iones. Estos receptores son los dos únicos miembros de la familia de lectinas de tipo P, puesto que son las únicas lectinas que reconocen los residuos de manosa fosforilada. Como ambos MPRs coexisten en la mayoría de los tipos celulares y presentan similar distribución subcelular, aún se discute el verdadero rol de estos receptores y la razón de su coexistencia en la mayoría de las células. En esta tesis hemos estudiado algunas propiedades de los MPRs durante el desarrollo perinatal de órganos de rata y observamos que ambos receptores poseen diferentes comportamientos en este período. El CI-MPR disminuye su expresión mientras que el número de sitios activos (Bmax) permanece constante y la afinidad se incrementa para ligandos fosfomanosilados durante la maduración, tanto en hígado como en cerebro. Este receptor se presenta en mayor proporción en la membrana plasmática fetal comparado con adultos. Desde nuestros hallazgos postulamos que la función del CI-MPR en los primeros estadíos del desarrollo podría estar orientada al crecimiento y diferenciación celular y que posteriormente su afinidad por las enzimas lisosomales aumenta debido a modificaciones en su estructura. De este modo, en los adultos funciona como transportador de enzimas lisosomales. El CD-MPR en cambio, aumenta su expresión, su número de sitios activos y su afinidad a partir de los 10 días postnatales en hígado, estas propiedades se correlacionan con la mayor expresión de enzimas lisosomales y con una mayor interacción de las enzimas con CD-MPR en este período. Por ello postulamos que este receptor es fundamental en la biogénesis del aparato lisosomal entre los 10 y 20 días de desarrollo. En cerebro, el CD-MPR tiene algunas propiedades diferentes, mientras que la expresión es constante, el número de sitios activos disminuye y la afinidad se incrementa durante el desarrollo. Esto indicaría que en cerebro existe una maduración lisosomal diferente, iniciándose en una etapa temprana del desarrollo y terminando su desarrollo total hacia los 20 días postnatales.

Methods for the analysis of multi-scale cell dynamics from fluorescence microscopy images

La embriogénesis es el proceso mediante el cual una célula se convierte en un ser un vivo. A lo largo de diferentes etapas de desarrollo, la población de células va proliferando a la vez que el embrión va tomando forma y se configura. Esto es posible gracias a la acción de varios procesos genéticos, bioquímicos y mecánicos que interaccionan y se regulan entre ellos formando un sistema complejo que se organiza a diferentes escalas espaciales y temporales. Este proceso ocurre de manera robusta y reproducible, pero también con cierta variabilidad que permite la diversidad de individuos de una misma especie. La aparición de la microscopía de fluorescencia, posible gracias a proteínas fluorescentes que pueden ser adheridas a las cadenas de expresión de las células, y los avances en la física óptica de los microscopios han permitido observar este proceso de embriogénesis in-vivo y generar secuencias de imágenes tridimensionales de alta resolución espacio-temporal. Estas imágenes permiten el estudio de los procesos de desarrollo embrionario con técnicas de análisis de imagen y de datos, reconstruyendo dichos procesos para crear la representación de un embrión digital. Una de las más actuales problemáticas en este campo es entender los procesos mecánicos, de manera aislada y en interacción con otros factores como la expresión genética, para que el embrión se desarrolle. Debido a la complejidad de estos procesos, estos problemas se afrontan mediante diferentes técnicas y escalas específicas donde, a través de experimentos, pueden hacerse y confrontarse hipótesis, obteniendo conclusiones sobre el funcionamiento de los mecanismos estudiados. Esta tesis doctoral se ha enfocado sobre esta problemática intentando mejorar las metodologías del estado del arte y con un objetivo específico: estudiar patrones de deformación que emergen del movimiento organizado de las células durante diferentes estados del desarrollo del embrión, de manera global o en tejidos concretos. Estudios se han centrado en la mecánica en relación con procesos de señalización o interacciones a nivel celular o de tejido. En este trabajo, se propone un esquema para generalizar el estudio del movimiento y las interacciones mecánicas que se desprenden del mismo a diferentes escalas espaciales y temporales. Esto permitiría no sólo estudios locales, si no estudios sistemáticos de las escalas de interacción mecánica dentro de un embrión. Por tanto, el esquema propuesto obvia las causas de generación de movimiento (fuerzas) y se centra en la cuantificación de la cinemática (deformación y esfuerzos) a partir de imágenes de forma no invasiva. Hoy en día las dificultades experimentales y metodológicas y la complejidad de los sistemas biológicos impiden una descripción mecánica completa de manera sistemática. Sin embargo, patrones de deformación muestran el resultado de diferentes factores mecánicos en interacción con otros elementos dando lugar a una organización mecánica, necesaria para el desarrollo, que puede ser cuantificado a partir de la metodología propuesta en esta tesis. La metodología asume un medio continuo descrito de forma Lagrangiana (en función de las trayectorias de puntos materiales que se mueven en el sistema en lugar de puntos espaciales) de la dinámica del movimiento, estimado a partir de las imágenes mediante métodos de seguimiento de células o de técnicas de registro de imagen. Gracias a este esquema es posible describir la deformación instantánea y acumulada respecto a un estado inicial para cualquier dominio del embrión. La aplicación de esta metodología a imágenes 3D + t del pez zebra sirvió para desvelar estructuras mecánicas que tienden a estabilizarse a lo largo del tiempo en dicho embrión, y que se organizan a una escala semejante al del mapa de diferenciación celular y con indicios de correlación con patrones de expresión genética. También se aplicó la metodología al estudio del tejido amnioserosa de la Drosophila (mosca de la fruta) durante el cierre dorsal, obteniendo indicios de un acoplamiento entre escalas subcelulares, celulares y supracelulares, que genera patrones complejos en respuesta a la fuerza generada por los esqueletos de acto-myosina. En definitiva, esta tesis doctoral propone una estrategia novedosa de análisis de la dinámica celular multi-escala que permite cuantificar patrones de manera inmediata y que además ofrece una representación que reconstruye la evolución de los procesos como los ven las células, en lugar de como son observados desde el microscopio. Esta metodología por tanto permite nuevas formas de análisis y comparación de embriones y tejidos durante la embriogénesis a partir de imágenes in-vivo. ABSTRACT The embryogenesis is the process from which a single cell turns into a living organism. Through several stages of development, the cell population proliferates at the same time the embryo shapes and the organs develop gaining their functionality. This is possible through genetic, biochemical and mechanical factors that are involved in a complex interaction of processes organized in different levels and in different spatio-temporal scales. The embryogenesis, through this complexity, develops in a robust and reproducible way, but allowing variability that makes possible the diversity of living specimens. The advances in physics of microscopes and the appearance of fluorescent proteins that can be attached to expression chains, reporting about structural and functional elements of the cell, have enabled for the in-vivo observation of embryogenesis. The imaging process results in sequences of high spatio-temporal resolution 3D+time data of the embryogenesis as a digital representation of the embryos that can be further analyzed, provided new image processing and data analysis techniques are developed. One of the most relevant and challenging lines of research in the field is the quantification of the mechanical factors and processes involved in the shaping process of the embryo and their interactions with other embryogenesis factors such as genetics. Due to the complexity of the processes, studies have focused on specific problems and scales controlled in the experiments, posing and testing hypothesis to gain new biological insight. However, methodologies are often difficult to be exported to study other biological phenomena or specimens. This PhD Thesis is framed within this paradigm of research and tries to propose a systematic methodology to quantify the emergent deformation patterns from the motion estimated in in-vivo images of embryogenesis. Thanks to this strategy it would be possible to quantify not only local mechanisms, but to discover and characterize the scales of mechanical organization within the embryo. The framework focuses on the quantification of the motion kinematics (deformation and strains), neglecting the causes of the motion (forces), from images in a non-invasive way. Experimental and methodological challenges hamper the quantification of exerted forces and the mechanical properties of tissues. However, a descriptive framework of deformation patterns provides valuable insight about the organization and scales of the mechanical interactions, along the embryo development. Such a characterization would help to improve mechanical models and progressively understand the complexity of embryogenesis. This framework relies on a Lagrangian representation of the cell dynamics system based on the trajectories of points moving along the deformation. This approach of analysis enables the reconstruction of the mechanical patterning as experienced by the cells and tissues. Thus, we can build temporal profiles of deformation along stages of development, comprising both the instantaneous events and the cumulative deformation history. The application of this framework to 3D + time data of zebrafish embryogenesis allowed us to discover mechanical profiles that stabilized through time forming structures that organize in a scale comparable to the map of cell differentiation (fate map), and also suggesting correlation with genetic patterns. The framework was also applied to the analysis of the amnioserosa tissue in the drosophila’s dorsal closure, revealing that the oscillatory contraction triggered by the acto-myosin network organized complexly coupling different scales: local force generation foci, cellular morphology control mechanisms and tissue geometrical constraints. In summary, this PhD Thesis proposes a theoretical framework for the analysis of multi-scale cell dynamics that enables to quantify automatically mechanical patterns and also offers a new representation of the embryo dynamics as experienced by cells instead of how the microscope captures instantaneously the processes. Therefore, this framework enables for new strategies of quantitative analysis and comparison between embryos and tissues during embryogenesis from in-vivo images.