Universitätsbibliothek Wien

Cell movement - zooming in and out

Manhart, Angelika (2015) Cell movement - zooming in and out.
Dissertation, Universität Wien. Fakultät für Mathematik
BetreuerIn: Schmeiser, Christian
Gesperrt bis: 13 November 2016
Keine Volltext-Freigabe durch VerfasserIn.

[img] PDF-Dokument - Zur Anzeige nicht freigegeben
Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved

-
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29933.86904.433765-6
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29933.86904.433765-6

Link zu u:search

Abstract in Englisch

This thesis deals with different aspects of cell movement, focusing on two topics: Actin-dependent single cell movement and the collective moving behavior of myxobacteria. The majority of this thesis is devoted to actin-dependent cell movement, in particular it is concerned with cells that crawl with the aid of a lamellipodium. This sheet-like structure consists of a network of actin filaments together with several accessory proteins. The basis of the works of this thesis with regards to this topic is the Filament Based Lamellipodium Model (FBLM). We made several modeling additions, for example detailed models describing the filament number and length regulation or adding a description of myosin. We demonstrated that with these extensions the model is able to simulate the chemotatic behavior of cells, or the bistability of lamellipodial fragments; the latter we prove also mathematically. The numerical method used to simulate the extended FBLM is a Finite Element Method developed for this particular problem. We also mathematically analyze a decoupled version of the filament number dynamics at the leading edge, proving the existence and uniqueness of stationary solutions and convergence to them. The second, smaller part of this thesis attempts to explain the rippling behavior of colonies of myxobacteria. To describe their behavior we derived macroscopic equations for the densities of oppositely moving groups and their mean direction, using a Vicsek-type model. Since the system does not have enough conserved quantities to pass to the limit in the hydrodynamic scaling, we used the method of generalized collision invariants.

Schlagwörter in Englisch

Cell Movement / Keratocytes / Lamellipodium / Actin / Chemotaxis / Myosin / Partial Differential Equations / Variational Formulation / Lyapunov function / Myxobacteria / Collision Invariants / Hydrodynamic Scaling

Abstract in Deutsch

Der Inhalt dieser Dissertation kreist um zwei Aspekte von Zellbewegung: Aktin-abhängige Bewegung von einzelnen Zellen und das kollektive Bewegungsverhalten von Myxobakterien. Das erste Thema behandelt Zellen, die sich mit Hilfe eines Lamellipodiums fortbewegen. Dieses Bewegungsorgan besteht aus einem Netzwerk aus Aktinfilamenten und damit interagieren Proteinen. Die Basis aller Arbeiten dieser Dissertation zu diesen Thema stellt das Filament-Basierte Lamellipodium Modell (FBLM) dar. Wir haben das Originalmodell um einige wesentliche Aspekte erweitert, unter anderem wurden detaillierte Modelle zur Regulation der Filamentzahl- und länge, sowie eine Beschreibung von Myosin hergeleitet. Wir demonstrierten, dass das Modell dadurch in der Lage ist, chemotaktisches Verhalten von Zellen zu simulieren oder die Bistabilität von Zellfragmenten numerisch darzustellen. Letzere Eigenschaft bewiesen wir auch mathematisch. Um das sehr komplexe Modell zu simulieren, verwendeten wir eine eigens entwickelte Finite Elemente Methode. Schließlich betrachteten wir ein vom Gesamtmodel entkoppeltes System von Gleichungen, welches die Dynamik der Filamentzahl entlang der äußeren Kante beschreibt und beweisen die Existenz und Eindeutigkeit von Stationärlösungen und die Konvergenz gegen diese. Der zweite, kürzere Teil dieser Dissertation beschäftigt sich mit den Wellen-artigen Strukturen in Myxobakterienkolonien. Um deren Verhalten zu studieren, leiteten wir makroskopische Gleichungen mit Hilfe eines Vicsek-artigen Modells her. Da das System nicht genügend Erhaltungssätze aufweist, um in der hydrodynamischen Skalierung zum Limes überzugehen, verwendeten wir die Methode der Verallgemeinerten Kollisionsinvarianten.

Schlagwörter in Deutsch

Zellbewegung / Keratozyten / Lamellipodium / Aktin / Chemotaxis / Myosin / Partielle Differenzialgleichungen / Variationsformulierung / Lyapunovfunktion / Myxobakterien / Kollisionsinvarianten / Hydrodynamische Skalierung

Dokumentenart: Hochschulschrift (Dissertation)
AutorIn: Manhart, Angelika
Titel: Cell movement - zooming in and out
Umfangsangabe: iv, 156, 4 Seiten : Diagramme
Institution: Universität Wien
Fakultät: Fakultät für Mathematik
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Mathematik)
Publikationsjahr: 2015
Sprache: eng ... Englisch
BetreuerIn: Schmeiser, Christian
BeurteilerIn: Mogilner, Alexander
2. BeurteilerIn: Preziosi, Luigi
Klassifikation: 31 Mathematik > 31.45 Partielle Differentialgleichungen
31 Mathematik > 31.80 Angewandte Mathematik
31 Mathematik > 31.76 Numerische Mathematik
42 Biologie > 42.15 Zellbiologie
42 Biologie > 42.10 Theoretische Biologie
42 Biologie > 42.11 Biomathematik, Biokybernetik
AC-Nummer: AC13030271
Dokumenten-ID: 40889
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

Urheberrechtshinweis: Für Dokumente, die in elektronischer Form über Datennetze angeboten werden, gilt uneingeschränkt das österreichische Urheberrechtsgesetz; insbesondere sind gemäß § 42 UrhG Kopien und Vervielfältigungen nur zum eigenen und privaten Gebrauch gestattet. Details siehe Gesetzestext.

Dokument bearbeiten (nur für AdministratorInnen) Dokument bearbeiten (nur für AdministratorInnen)