Dynamics of cellular decision making in embryogenesis

Abstract

This thesis is about development and its study from a theoretical point of view, with special interest in how to describe development as a dynamical systems' problem. The thesis digs into four directions embedded in this framework, which tackle different aspects of what is known as the developmental landscape. In the first project, we study the possibility to recover unbiased landscapes from flow cytometry contaminated with autofluorescence. The second project introduces a new protocol to obtain haemogenic lineages of gastruloids via single-cell RNA sequencing (scRNAseq). The third project presents a novel cell-based simulation approach to study developmental processes in biology. Finally, the fourth project analyses how chemical and mechanical processes underlie developmental symmetry breaking in gastruloids, using scRNAseq and agent-based simulations. All four projects focus on the study of developmental processes in living systems, and illustrate that a theoretical and computational perspective can shed light into this problem.

Aquesta tesi tracta de desenvolupament i com estudiar-ho des d'un punt de vista teòric, amb interés especial a la seua descripció i comprensió des del punt de vista dels sistemes dinàmics. La tesi s'enfoca en quatre projectes enquadrats en aquesta perspectiva. Un primer projecte tracta la possibilitat de recuperar les distribucions no esbiaixades de dades de citometria de flux contaminades per l'efecte de l'autofluorescència. El segon projecte descriu un nou protocol per identificar llinatges hematopoiètics en gastruloids mitjançant una anàlisi de seqüenciació d'RNA en cèl.lules individuals (scRNAseq). El tercer projecte presenta un nou mètode de simulació cel.lular basada en agents per l'estudi de processos de desenvolupament. Finalment, el quart projecte combina l'anàlisis de scRNAseq i la simulació basada en agents per explorar els processos químics i mecànics que determinen la ruptura de simetria durant el desenvolupament de gastruloids. Tots quatre projectes s'emmarquen en l'estudi del desenvolupament en sistemes vius, i il.lustren com una aproximació teòrica i computacional pot ajudar en aquest tipus d'estudis.