Quantifying cellular behavior during early mammalian development

Abstract

In this thesis we study cell behaviours such as cellular decision making and self-organization using the developing mouse embryo as the system of study. To be able to extract the most needed cellular dynamics from experimental data, we developed a package for the

segmentation, tracking, annotation and manual correction of errors in 3d multichannel live- imaged biological samples. Then, we apply these single cell analysis together with

mathematical modeling and statistical methods to four distinc problems in the context of the mouse early embryonic development. First we study the differentiatioin of ICM progenitors into epiblast and primitive endoderm. Then, focus on the generation of pulsatil dynamics in the ERK signaling pathway. In the next two chapters we focus on post-implantation development. In one of them, we characterise cell competition in the context of gastrulation. Finally, we study the differentiation of the visceral endoderm into anterior visceral endoderm. In this Thesis, We show that the spatio-temporal analysis of cellular dynamics is a key approach in the study of develping systems

En esta tesis estudiamos comportamientos celulares como la toma de decisiones y la autoorganización celular utilizando el embrión de ratón como sistema de estudio. Para poder extraer la dinámica celular de los datos experimentales, desarrollamos un paquete para la segmentación, seguimiento, anotación y corrección manual de errores en imágenes biológicas 3d multicanal. A continuación, aplicamos estos métodos junto con métodos de modelización matemática y análisis estadística a cuatro problemas distintos en el contexto del desarrollo embrionario temprano del ratón. En primer lugar, estudiamos la diferenciación de blastomeros a epiblasto y endodermo primitivo. A continuación, nos centramos en la generación de la dinámica pulsatil en la vía de señalización ERK. En los dos capítulos siguientes nos centramos en el desarrollo post-implantación. En uno de ellos, caracterizamos la competencia celular en el contexto de la gastrulación. Por último, estudiamos la diferenciación del endodermo visceral en endodermo visceral anterior. En esta Tesis, demostramos que el análisis espaciotemporal de la dinámica celular es un enfoque clave en el estudio de los sistemas en desarrollo