Παναγιώτης Φωτεινόπουλος - Μοντελοποίηση βιομοριακών συστημάτων εκτός θερμοδυναμικής ισορροπίας. Εφαρμογή στους μηχανισμούς κυτταρικής πολικότητας

Περίληψη

Παρουσιάζεται η μοντελοποίηση βιομοριακών συστημάτων που βρίσκονται εκτός θερμοδυναμικής ισορροπίας και έχουν ως βασικό συστατικό δυναμικά βιοπολυμερή που είναι γνωστά ως μικροσωληνίσκοι. Οι μικροσωληνίσκοι εμφανίζουν την ιδιότητα της δυναμικής αστάθειας εναλλάσσοντας κατά περιόδους την κατάστασή τους από κατάσταση πολυμερισμού σε κατάσταση αποπολυμερισμού και αντίστροφα. Με τον τρόπο αυτό αναπτύσσουν συστήματα που βρίσκονται σε κατάσταση μη ισορροπίας. Επιπλέον, παρουσιάζουν την ικανότητα πρόσδεσης κινητήριων πρωτεινών, οι οποίες μπορούν και κινούνται κατά μήκος των μικροσωληνίσκων έχοντας παράλληλα τη δυνατότητα μεταφοράς βιομορίων. Οι μικροσωληνίσκοι παίζουν πολλούς σημαντικούς ρόλους στα κύτταρα όλων των ανώτερων οργανισμών. Στην παρούσα διάλεξη παρουσιάζεται μοντελοποίηση των μηχανισμών της κυτταρικής πολικότητας, δηλαδή της ασύμμετρης κατανομής κυτταρικών συστατικών στην κυτταρική μεμβράνη. Το μοντέλο που αναπτύσσεται ανήκει στη γενική κατηγορία των μοντέλων αντίδρασης – διάχυσης που αναπτύχθηκαν από τον Turing το 1952, ωστόσο διαφοροποιείται από αυτά λόγω της παρουσίας ενός συστατικού χωρίς ικανότητα διάχυσης, των μικροσωληνίσκων. Το μοντέλο βασίζεται σε έναν ελάχιστο αριθμό βιομοριακών συστατικών με εφικτούς μοριακούς ρόλους. Με χρήση των δυναμικών διαφορικών εξισώσεων των μικροσωληνίσκων διαμορφώνεται ένα πρόβλημα συνοριακών
συνθηκών που επιλύεται με χρήση της θεωρίας διαταραχών. Η αναλυτική λύση που προκύπτει επαληθεύεται από υπολογιστική στοχαστική προσομοίωση.

Σύντομο Βιογραφικό Ομιλητή

Ο Παναγιώτης Φωτεινόπουλος γεννήθηκε στην Αθήνα το 1971. Το 1993 πήρε Δίπλωμα Πολιτικού Μηχανικού από το ΕΜΠ, το 2007 Πτυχίο Βιολογίας από το ΕΚΠΑ, το 2010 Μεταπτυχιακό Δίπλωμα Ειδίκευσης με τίτλο «Φυσική και Τεχνολογικές Εφαρμογές» από τη Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών του ΕΜΠ σε συνεργασία με το Εθνικό Κέντρο Έρευνας Φυσικών Επιστημών «Δημόκριτος», το 2010 Διδακτορικό Δίπλωμα από τη Σχολή Πολιτικών Μηχανικών του ΕΜΠ (Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος) και το 2019 Διδακτορικό Δίπλωμα στην Κυτταρική Βιοφυσική από το Wageningen University της Ολλανδίας με τίτλο «Models for spatial organization of microtubules and cell polarization».

Από το 2011 μέχρι σήμερα είναι επισκέπτης ερευνητής στο ερευνητικό κέντρο «Institute Amolf» στο Άμστερνταμ. Έχει διδάξει ως μέλος ΣΕΠ στο Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο και έχει πιστοποιηθεί στην ανοικτή και εξ’ αποστάσεως εκπαίδευση. Έχει διδάξει στην ΑΣΠΑΙΤΕ και έχει συμμετάσχει σε ερευνητικά έργα του ΕΛΚΕ/ΟΠΑ. Είναι κριτής σε έγκριτα διεθνή επιστημονικά περιοδικά. Το ερευνητικό του έργο επικεντρώνεται στη Μαθηματική Μοντελοποίηση και την Υπολογιστική Προσομοίωση Βιομοριακών συστημάτων εκτός θερμοδυναμικής ισορροπίας με βάση τους Μικροσωληνίσκους, που είναι δυναμικά βιοπολυμερή με σημαντικούς ρόλους στα κύτταρα όλων των ανώτερων οργανισμών. Συγκεκριμένα, έχει αναπτύξει μοντέλα που αναλύουν την επιμήκυνση του φυτικού κυττάρου, το ρόλο της γεωμετρίας του ζωικού κυττάρου στη χωρική οργάνωση των μικροσωληνίσκων, τη χωροθέτηση της μιτωτικής ατράκτου κατά την κυτταρική διαίρεση και την ανάπτυξη κυτταρικής πολικότητας. Επιλεγμένες δημοσιεύσεις του είναι: Foteinopoulos, P. and B. M. Mulder. A microtubule-based minimal model for spontaneous and persistent spherical cell polarity. PLoS ONE, Volume 12(9), September 2017 και Foteinopoulos, P. and B. M. Mulder. The Effect of Anisotropic Microtubule-Bound Nucleations on Ordering in the Plant Cortical Array. Bulletin of Mathematical Biology, Springer, October 2014.