Anterior-Posterior Axis Plasticity in the Developing Nervous System of Xenopus laevis

The establishment of the anterior-posterior (AP) axis is an essential step in the development of the central nervous system. In the model vertebrate organism Xenopus laevis, AP neural patterning begins during the late blastula stage and continues through gastrulation. Although the patterning of the nervous system in normal conditions has been extensively studied, less is known about how this process is able to regulate in the face of environmental perturbations. This study aims to characterize the extent and molecular basis of neural axis plasticity in Xenopus laevis by investigating the response of embryos to a 180-degree rotation of their AP neural axis during gastrulation. Embryos were assessed for the expression of regional marker genes using in situ hybridization, and also underwent global gene expression analysis using RNA-Sequencing. Our results suggest that there is a window of time between the mid- and late-gastrula stage during which embryos are able to recover from a 180-degree rotation of their neural axis and then lose this ability. At the mid-gastrula stage, embryos are able to recover from neural axis rotation and correctly express regional marker genes. By the late-gastrula stage, embryos show misregulation of regional marker genes following neural axis rotation and differential expression of genes important for neural development and patterning. Heterochronic transplants between donor and host embryos of different stages indicate that both the presumptive neural ectoderm and the underlying mesoderm play an important role in this plasticity

Tissue rotation of the Xenopus anterior–posterior neural axis reveals profound but transient plasticity at the mid-gastrula stage

The establishment of anterior-posterior (AP) regional identity is an essential step in the appropriate development of the vertebrate central nervous system. An important aspect of AP neural axis formation is the inherent plasticity that allows developing cells to respond to and recover from the various perturbations that embryos continually face during the course of development. While the mechanisms governing the regionalization of the nervous system have been extensively studied, relatively less is known about the nature and limits of early neural plasticity of the anterior-posterior neural axis. This study aims to characterize the degree of neural axis plasticity i

Achieving comparability of morphometric and model histogenetic-morphogenetic data using global optimization test functions

Any theoretical construction in morphological modeling is useful only when it can be linked to the practice. Any formalism is not optimal for describing the processes of morphogenesis, if it is not comparable with the shape of tissue structures. Thus, it is necessary to find the best approximation for the correct comparison of the experimental and theoretical results. Proposed in this paper, the use of test functions for genetic algorithms, evolutionary programming, and swarm optimization for the approximation of the morphogenesis of cellular structures and their models is a mathematical step towards the implementation of the thesis of the analyzed article author (Gradov O.V., 2011), deduced not precise enough. There are other ways of analytical approximation for this case, but they have no fundamental differences in terms of their ease of use in mathematical biology. Achieved in this way comparability of morphometric and model histogenetic-morphogenetic data can be used in mathematical and morphological analysis and modeling in histology and embryology

Досягнення порівнянності морфометричних і модельних гістогенетичних-морфогенетичних даних за допомогою тестових функцій глобальної оптимізації.

Any theoretical construction in morphological modeling is useful only when it can be linked to the practice. Any formalism is not optimal for describing the processes of morphogenesis, if it is not comparable with the shape of tissue structures. Thus, it is necessary to find the best approximation for the correct comparison of the experimental and theoretical results. Proposed in this paper, the use of test functions for genetic algorithms, evolutionary programming, and swarm optimization for the approximation of the morphogenesis of cellular structures and their models is a mathematical step towards the implementation of the thesis of the analyzed article author (Gradov O.V., 2011), deduced not precise enough. There are other ways of analytical approximation for this case, but they have no fundamental differences in terms of their ease of use in mathematical biology. Achieved in this way comparability of morphometric and model histogenetic-morphogenetic data can be used in mathematical and morphological analysis and modeling in histology and embryology.Любая теоретическая конструкция в морфологическом моделировании имеет смысл только тогда, когда может быть привязана к практике. Любой формализм не является оптимальным для описания процессов морфогенеза, если он несопоставим форме тканевых структур. Таким образом, необходимо нахождение оптимальных аппроксимаций для корректного сопоставления экспериментальных и расчетных результатов. Предложенное в настоящей работе использование тестовых функций для генетических алгоритмов, эволюционного программирования и роевой оптимизации при аппроксимации морфогенеза клеточных структур и их моделей является математическим шагом к выполнению положений автора разбираемой статьи (Градов О.В., 2011), выведенных недостаточно точно. Существуют и другие способы аналитической аппроксимации для данного случая, но они все не имеют принципиальных различий с точки зрения удобства применения их в математической биологии. Достигаемая таким путем сопоставимость морфометрических и модельных гистогенетических-морфогенетических данных может использоваться при математико-морфологическом анализе и моделировании в гистологии и эмбриологии.Будь-яка теоретична конструкція в морфологічному моделюванні має сенс лише тоді, коли може бути прив'язана до практики. Будь-який формалізм не є оптимальним для опису процесів морфогенезу, якщо він непорівнянний формі тканинних структур. Таким чином, необхідне знаходження оптимальних апроксимацій для коректного зіставлення експериментальних і розрахункових результатів. Запропоноване в цій роботі використання тестових функцій для генетичних алгоритмів, еволюційного програмування і ройової оптимізації при апроксимації морфогенезу клітинних структур і їх моделей є математичним кроком до виконання положень автора проаналізованої статті (Градов О.В., 2011), виведених недостатньо точно. Існують й інші способи аналітичної апроксимації для даного випадку, але вони всі не мають принципових відмінностей з точки зору зручності застосування їх в математичній біології. Порівнянність морфометричних і модельних гістогенетичних-морфогенетичних даних, яка досягається таким шляхом, може використовуватись при математико-морфологічному аналізі та моделюванні в гістології та ембріології