Browsing by Author "Castillo, Simón P."

Now showing 1 - 4 of 4
  • Thumbnail Image
    Item
    Cancer, an ecological manifesto of metazoan life : the multi-scale ecology of complex cancer ecosystems.
    (2020) Castillo, Simón P.; Marquet, P. A. (Pablo A.); Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
    Mas allá de ser una enfermedad exclusiva de los genes, el cáncer exhibe una estrecha relación con el ambiente biofísico, lo que lo constituye como un fenómeno ecológico. Esta tesis se enfoca en el estudio del cáncer bajo aproximaciones teóricas, analíticas, y experimentales bajo una mirada ecológica; aplicada desde la emergencia del cáncer (oncogénesis) hasta la migración de propágulos metastáticos entre órganos. En el primer capítulo, trabajamos en una conceptualización de la oncogénesis como un cambio en el fenotipo celular en respuesta al envejecimiento del organismo. Proponemos que en respuesta a los cambios en el ambiente celular que ocurren durante el envejecimiento no se mantiene el contexto bajo el cual se mantiene la multicelularidad traduciéndose en un cambio fenotípico celular que se aproxima a condiciones atávicas ‘unicelulares’ de disgregación estructural y funcional. Discutimos acerca de las nociones de individualidad, co-determinación individuo-ambiente y la enacción. El envejecimiento participa en la determinación de los rasgos de historia de vida celulares; y por lo tanto, las interacciones entre distintos tipos celulares. En el segundo capítulo abordamos la complejidad de interacciones competitivas entre estrategias celulares, cancerosas y no-cancerosas, y el ambiente físico. Desarrollamos un modelo analítico a partir de observaciones de competencia en un modelo in vitro (línea HEY-GFP de cáncer de ovario y línea MET5A de mesotelio de ovario) en condiciones de cultivo asociadas al envejecimiento del tejido ovárico (Matrigel con concentración variable de colágeno I). Nuestros modelos proponen que mecanismos competitivos jerárquicos influenciados por el envejecimiento modularían las ventajas competitivas de las células no-cancerosas; permitiendo que en tales ambientes la estrategia cancerosa logre invadir el ecosistema residente. En el tercer capítulo, abordamos la dimensión espacial el fenómeno a partir del estudio de la estructura espacial de los ecosistemas de cáncer mamario (ER+DCIS) bajo terapia endocrina neoadyuvante anti-proliferativa (ensayo clínico fase III POETIC, UK). Utilizando algoritmos supervisados de machine learning identificamos de forma automatizada células individuales en muestras de tumor con tinción inmunohistoquímica Ki67 (marcador de proliferación). Identificamos zonas de mayor concentración celular (hotspots) y proyectamos las células en tales hotspots como nodos de una red espacialmente explícita. La detección y cuantificación de la comunidad espacialmente estructurada y fragmentada de células cancerosas y del sistema inmune junto con la expresión de Ki67, permite predecir con mayor poder la respuesta patológica a terapia anti-proliferativa. Además de operar como articulador de patrones espaciales, la diversidad de historias de vida celular, en interacción con las condiciones locales del ambiente celular, modulan la probabilidad de que células tumorales puedan invadir otros órganos. En el último capítulo, basados en registros recopilados de literatura, cuantificamosla invasibilidad y la variabilidad en invasividad de canceres metastásicos y analizamos el patrón emergente de tal variabilidad. A través del análisis de la metástasis como una red entre órganos fuente y receptores, un gradiente de invasividad e invasibilidad subyace el patrón macroscópico que resulta ser modular, anidado y libre de escala. Discutimos algunos mecanismos relacionados al gradiente de invasibilidad y la invasividad dando cuenta de la estructura global de la red. El trabajo desarrollado en esta tesis evidencia que el pensamiento ecológico y su aplicabilidad está más allá del paradigma ecológico tradicional, y que, por lo tanto, una visión multiescala del cáncer inspirado por relaciones entrelazadas en la naturaleza, podría dar luces de los mecanismos que subyacen la evolución del cáncer en el contexto del programa de organización multicelular, con las implicancias ecológicas, evolutivas y clínicas que ello contiene.Mas allá de ser una enfermedad exclusiva de los genes, el cáncer exhibe una estrecha relación con el ambiente biofísico, lo que lo constituye como un fenómeno ecológico. Esta tesis se enfoca en el estudio del cáncer bajo aproximaciones teóricas, analíticas, y experimentales bajo una mirada ecológica; aplicada desde la emergencia del cáncer (oncogénesis) hasta la migración de propágulos metastáticos entre órganos. En el primer capítulo, trabajamos en una conceptualización de la oncogénesis como un cambio en el fenotipo celular en respuesta al envejecimiento del organismo. Proponemos que en respuesta a los cambios en el ambiente celular que ocurren durante el envejecimiento no se mantiene el contexto bajo el cual se mantiene la multicelularidad traduciéndose en un cambio fenotípico celular que se aproxima a condiciones atávicas ‘unicelulares’ de disgregación estructural y funcional. Discutimos acerca de las nociones de individualidad, co-determinación individuo-ambiente y la enacción. El envejecimiento participa en la determinación de los rasgos de historia de vida celulares; y por lo tanto, las interacciones entre distintos tipos celulares. En el segundo capítulo abordamos la complejidad de interacciones competitivas entre estrategias celulares, cancerosas y no-cancerosas, y el ambiente físico. Desarrollamos un modelo analítico a partir de observaciones de competencia en un modelo in vitro (línea HEY-GFP de cáncer de ovario y línea MET5A de mesotelio de ovario) en condiciones de cultivo asociadas al envejecimiento del tejido ovárico (Matrigel con concentración variable de colágeno I). Nuestros modelos proponen que mecanismos competitivos jerárquicos influenciados por el envejecimiento modularían las ventajas competitivas de las células no-cancerosas; permitiendo que en tales ambientes la estrategia cancerosa logre invadir el ecosistema residente. En el tercer capítulo, abordamos la dimensión espacial el fenómeno a partir del estudio de la estructura espacial de los ecosistemas de cáncer mamario (ER+DCIS) bajo terapia endocrina neoadyuvante anti-proliferativa (ensayo clínico fase III POETIC, UK). Utilizando algoritmos supervisados de machine learning identificamos de forma automatizada células individuales en muestras de tumor con tinción inmunohistoquímica Ki67 (marcador de proliferación). Identificamos zonas de mayor concentración celular (hotspots) y proyectamos las células en tales hotspots como nodos de una red espacialmente explícita. La detección y cuantificación de la comunidad espacialmente estructurada y fragmentada de células cancerosas y del sistema inmune junto con la expresión de Ki67, permite predecir con mayor poder la respuesta patológica a terapia anti-proliferativa. Además de operar como articulador de patrones espaciales, la diversidad de historias de vida celular, en interacción con las condiciones locales del ambiente celular, modulan la probabilidad de que células tumorales puedan invadir otros órganos. En el último capítulo, basados en registros recopilados de literatura, cuantificamosla invasibilidad y la variabilidad en invasividad de canceres metastásicos y analizamos el patrón emergente de tal variabilidad. A través del análisis de la metástasis como una red entre órganos fuente y receptores, un gradiente de invasividad e invasibilidad subyace el patrón macroscópico que resulta ser modular, anidado y libre de escala. Discutimos algunos mecanismos relacionados al gradiente de invasibilidad y la invasividad dando cuenta de la estructura global de la red. El trabajo desarrollado en esta tesis evidencia que el pensamiento ecológico y su aplicabilidad está más allá del paradigma ecológico tradicional, y que, por lo tanto, una visión multiescala del cáncer inspirado por relaciones entrelazadas en la naturaleza, podría dar luces de los mecanismos que subyacen la evolución del cáncer en el contexto del programa de organización multicelular, con las implicancias ecológicas, evolutivas y clínicas que ello contiene.Mas allá de ser una enfermedad exclusiva de los genes, el cáncer exhibe una estrecha relación con el ambiente biofísico, lo que lo constituye como un fenómeno ecológico. Esta tesis se enfoca en el estudio del cáncer bajo aproximaciones teóricas, analíticas, y experimentales bajo una mirada ecológica; aplicada desde la emergencia del cáncer (oncogénesis) hasta la migración de propágulos metastáticos entre órganos. En el primer capítulo, trabajamos en una conceptualización de la oncogénesis como un cambio en el fenotipo celular en respuesta al envejecimiento del organismo. Proponemos que en respuesta a los cambios en el ambiente celular que ocurren durante el envejecimiento no se mantiene el contexto bajo el cual se mantiene la multicelularidad traduciéndose en un cambio fenotípico celular que se aproxima a condiciones atávicas ‘unicelulares’ de disgregación estructural y funcional. Discutimos acerca de las nociones de individualidad, co-determinación individuo-ambiente y la enacción. El envejecimiento participa en la determinación de los rasgos de historia de vida celulares; y por lo tanto, las interacciones entre distintos tipos celulares. En el segundo capítulo abordamos la complejidad de interacciones competitivas entre estrategias celulares, cancerosas y no-cancerosas, y el ambiente físico. Desarrollamos un modelo analítico a partir de observaciones de competencia en un modelo in vitro (línea HEY-GFP de cáncer de ovario y línea MET5A de mesotelio de ovario) en condiciones de cultivo asociadas al envejecimiento del tejido ovárico (Matrigel con concentración variable de colágeno I). Nuestros modelos proponen que mecanismos competitivos jerárquicos influenciados por el envejecimiento modularían las ventajas competitivas de las células no-cancerosas; permitiendo que en tales ambientes la estrategia cancerosa logre invadir el ecosistema residente. En el tercer capítulo, abordamos la dimensión espacial el fenómeno a partir del estudio de la estructura espacial de los ecosistemas de cáncer mamario (ER+DCIS) bajo terapia endocrina neoadyuvante anti-proliferativa (ensayo clínico fase III POETIC, UK). Utilizando algoritmos supervisados de machine learning identificamos de forma automatizada células individuales en muestras de tumor con tinción inmunohistoquímica Ki67 (marcador de proliferación). Identificamos zonas de mayor concentración celular (hotspots) y proyectamos las células en tales hotspots como nodos de una red espacialmente explícita. La detección y cuantificación de la comunidad espacialmente estructurada y fragmentada de células cancerosas y del sistema inmune junto con la expresión de Ki67, permite predecir con mayor poder la respuesta patológica a terapia anti-proliferativa. Además de operar como articulador de patrones espaciales, la diversidad de historias de vida celular, en interacción con las condiciones locales del ambiente celular, modulan la probabilidad de que células tumorales puedan invadir otros órganos. En el último capítulo, basados en registros recopilados de literatura, cuantificamosla invasibilidad y la variabilidad en invasividad de canceres metastásicos y analizamos el patrón emergente de tal variabilidad. A través del análisis de la metástasis como una red entre órganos fuente y receptores, un gradiente de invasividad e invasibilidad subyace el patrón macroscópico que resulta ser modular, anidado y libre de escala. Discutimos algunos mecanismos relacionados al gradiente de invasibilidad y la invasividad dando cuenta de la estructura global de la red. El trabajo desarrollado en esta tesis evidencia que el pensamiento ecológico y su aplicabilidad está más allá del paradigma ecológico tradicional, y que, por lo tanto, una visión multiescala del cáncer inspirado por relaciones entrelazadas en la naturaleza, podría dar luces de los mecanismos que subyacen la evolución del cáncer en el contexto del programa de organización multicelular, con las implicancias ecológicas, evolutivas y clínicas que ello contiene.
  • No Thumbnail Available
    Item
  • Thumbnail Image
    Item
    Functional biogeography of coastal marine invertebrates along the south-eastern Pacific coast reveals latitudinally divergent drivers of taxonomic versus functional diversity
    (John Wiley and Sons Inc, 2023) Herrera Paz, David Leonardo; Navarrete Campos, Sergio Andrés; Labra, Fabio A.; Castillo, Simón P.; Opazo Mella, Luis Felipe
    Characterizing the spatial structure of taxonomic and functional diversity (FD) of marine organisms across regional and latitudinal scales is essential for improving our understanding of the processes driving species richness and those that may constrain or enhance the set of species traits that define the functional structure of communities. Here, we present the functional diversity of coastal invertebrate macrofaunal species along the south-eastern Pacific from 7°N to 56°S, describe spatial variation of species traits, and examine the relationship with environmental variables. For that, we defined the functional traits and distribution ranges of 2350 marine macroinvertebrates calculated eight metrics of FD. Random forest regression was applied to identify significant relationships between FD and six environmental variables. Finally, functional β-turnover was estimated to detect alongshore shifts in functional structure and their coincidence with biogeographical domains. Our results show, in contrast with taxonomic richness that measures of trait differences, functional space and functional specialisation increase with latitude, while functional evenness exhibits a non-linear shape, peaking at mid latitudes. Functional redundancy decreased significantly poleward, while indicators of vulnerability increase. In contrast to taxonomic richness, FD was tightly connected to variables indicative of stress and productivity, such as dissolved oxygen and nutrients. Sea surface temperature and coastal area best explained the increased FD redundancy and richness towards the tropics. The high spatial correlation between taxonomic and functional turnover suggests environmental filters play an important role in the functional structure of the seascape. Our findings suggest that processes favouring taxonomic richness are latitudinally divergent from those favouring functional diversity. Correlations with environmental variables suggest that increased sea surface temperature and measures of stability increase redundancy, while variations in dissolved oxygen and nutrients positively affect functional diversification. Moreover, the functional diversity patterns suggest low resilience of high latitude coastal ecosystems, which are heavily exploited and threatened by climate change, hence highlighting the urgent need for effective conservation policies.
  • No Thumbnail Available
    Item
    NetworkExtinction: An R package to simulate extinction propagation and rewiring potential in ecological networks
    (2023) Ávila Thieme, María Isidora; Kusch, Erik; Corcoran, Derek; Castillo, Simón P.; Valdovinos, Fernanda S.; Navarrete C., Sergio; Marquet, P. A.
    Earth's biosphere is undergoing drastic reorganization due to the sixth mass extinction brought on by the Anthropocene. Impacts of local and regional extirpation of species have been demonstrated to propagate through the complex interaction networks they are part of, leading to secondary extinctions and exacerbating biodiversity loss. Contemporary ecological theory has developed several measures to analyse the structure and robustness of ecological networks under biodiversity loss. However, a toolbox for directly simulating and quantifying extinction cascades and creating novel interactions (i.e. rewiring) remains absent. Here, we present NetworkExtinction—a novel R package which we have developed to explore the propagation of species extinction sequences through ecological networks and quantify the effects of rewiring potential in response to primary species extinctions. With NetworkExtinction, we integrate ecological theory and computational simulations to develop functionality with which users may analyse and visualize the structure and robustness of ecological networks. The core functions introduced with NetworkExtinction focus on simulations of sequential primary extinctions and associated secondary extinctions, allowing user-specified secondary extinction thresholds and realization of rewiring potential. With the package NetworkExtinction, users can estimate the robustness of ecological networks after performing species extinction routines based on several algorithms. Moreover, users can compare the number of simulated secondary extinctions against a null model of random extinctions. In-built visualizations enable graphing topological indices calculated by the deletion sequence functions after each simulation step. Finally, the user can estimate the network's degree distribution by fitting different common distributions. Here, we illustrate the use of the package and its outputs by analysing a Chilean coastal marine food web. NetworkExtinction is a compact and easy-to-use R package with which users can quantify changes in ecological network structure in response to different patterns of species loss, thresholds and rewiring potential. Therefore, this package is particularly useful for evaluating ecosystem responses to anthropogenic and environmental perturbations that produce nonrandom and sometimes targeted, species extinctions.