Arrow Plot: a new graphical tool for selecting up and down regulated genes and genes differentially expressed on samples subgroups

Background: A common task in analyzing microarray data is to determine which genes are differentially expressed across two (or more) kind of tissue samples or samples submitted under experimental conditions. Several statistical methods have been proposed to accomplish this goal, generally based on measures of distance between classes. It is well known that biological samples are heterogeneous because of factors such as molecular subtypes or genetic background that are often unknown to the experimenter. For instance, in experiments which involve molecular classification of tumors it is important to identify significant subtypes of cancer. Bimodal or multimodal distributions often reflect the presence of subsamples mixtures. Consequently, there can be genes differentially expressed on sample subgroups which are missed if usual statistical approaches are used. In this paper we propose a new graphical tool which not only identifies genes with up and down regulations, but also genes with differential expression in different subclasses, that are usually missed if current statistical methods are used. This tool is based on two measures of distance between samples, namely the overlapping coefficient (OVL) between two densities and the area under the receiver operating characteristic (ROC) curve. The methodology proposed here was implemented in the open-source R software. Results: This method was applied to a publicly available dataset, as well as to a simulated dataset. We compared our results with the ones obtained using some of the standard methods for detecting differentially expressed genes, namely Welch t-statistic, fold change (FC), rank products (RP), average difference (AD), weighted average difference (WAD), moderated t-statistic (modT), intensity-based moderated t-statistic (ibmT), significance analysis of microarrays (samT) and area under the ROC curve (AUC). On both datasets all differentially expressed genes with bimodal or multimodal distributions were not selected by all standard selection procedures. We also compared our results with (i) area between ROC curve and rising area (ABCR) and (ii) the test for not proper ROC curves (TNRC). We found our methodology more comprehensive, because it detects both bimodal and multimodal distributions and different variances can be considered on both samples. Another advantage of our method is that we can analyze graphically the behavior of different kinds of differentially expressed genes. Conclusion: Our results indicate that the arrow plot represents a new flexible and useful tool for the analysis of gene expression profiles from microarrays.

Arrow plot and CA maps on microarray preprocessing methods

Microarray allow to monitoring simultaneously thousands of genes, where the abundance of the transcripts under a same experimental condition at the same time can be quantified. Among various available array technologies, double channel cDNA microarray experiments have arisen in numerous technical protocols associated to genomic studies, which is the focus of this work. Microarray experiments involve many steps and each one can affect the quality of raw data. Background correction and normalization are preprocessing techniques to clean and correct the raw data when undesirable fluctuations arise from technical factors. Several recent studies showed that there is no preprocessing strategy that outperforms others in all circumstances and thus it seems difficult to provide general recommendations. In this work, it is proposed to use exploratory techniques to visualize the effects of preprocessing methods on statistical analysis of cancer two-channel microarray data sets, where the cancer types (classes) are known. For selecting differential expressed genes the arrow plot was used and the graph of profiles resultant from the correspondence analysis for visualizing the results. It was used 6 background methods and 6 normalization methods, performing 36 pre-processing methods and it was analyzed in a published cDNA microarray database (Liver) available at http://genome-www5.stanford.edu/ which microarrays were already classified by cancer type. All statistical analyses were performed using the R statistical software.

Machine learning Vasicek model calibration with Gaussian processes

In this article, we calibrate the Vasicek interest rate model under the risk neutral measure by learning the model parameters using Gaussian processes for machine learning regression. The calibration is done by maximizing the likelihood of zero coupon bond log prices, using mean and covariance functions computed analytically, as well as likelihood derivatives with respect to the parameters. The maximization method used is the conjugate gradients. The only prices needed for calibration are zero coupon bond prices and the parameters are directly obtained in the arbitrage free risk neutral measure.

An electro-rheological study of the nematic liquid crystal 4-n-heptyl-4'-cyanobiphenyl

An experimental and theoretical study of the electro-rheological effects observed in the nematic phase of 4-n-heptyl-4'-cyanobiphenyl has been conducted. This liquid crystal appears to be a model system, in which the observed rheological behaviour can be interpreted by the Leslie-Ericksen continuum theory for low molecular weight liquid crystals. Flow curves are illustrated at different temperatures and under the influence of an external electric field ranging from 0 to 3 kV mm-1, applied perpendicular to the direction of flow. Also presented is the apparent viscosity as a function of temperature, over similar values of electric field, obtained at different shear rates. A master flow curve has been constructed for each temperature by dividing the shear rate by the square of the electric field and multiplying by the square of a reference value of electric field. In a log-log plot, two Newtonian plateaux are found to appear at low and high shear rates, connected by a shear-thinning region. We have applied the Leslie-Ericksen continuum theory, in which the director alignment angle is a function of the electric field and the flow field boundary conditions are neglected, to determine viscoelastic parameters and the dielectric anisotropy.

Extraction of hemoglobin with calixarenes and biocatalysis in organic media of the complex with pseudoactivity of peroxidase

The present work involves the use of p-tert-butylcalix[4,6,8]arene carboxylic acid derivatives ((t)Butyl[4,6,8]CH2COOH) for selective extraction of hemoglobin. All three calixarenes extracted hemoglobin into the organic phase, exhibiting extraction parameters higher than 0.90. Evaluation of the solvent accessible positively charged amino acid side chains of hemoglobin (PDB entry 1XZ2) revealed that there are 8 arginine, 44 lysine and 30 histidine residues on the protein surface which may be involved in the interactions with the calixarene molecules. The hemoglobin-(t)Butyl[6]CH2COOH complex had pseudoperoxidase activity which catalysed the oxidation of syringaldazine in the presence of hydrogen peroxide in organic medium containing chloroform. The effect of pH, protein and substrate concentrations on biocatalysis was investigated using the hemoglobin-(t)Butyl[6]CH2COOH complex. This complex exhibited the highest specific activity of 9.92 x 10(-2) U mg protein(-1) at an initial pH of 7.5 in organic medium. Apparent kinetic parameters (V'(max), K'(m), k'(cat) and k'(cat)/K'(m)) for the pseudoperoxidase activity were determined in organic media for different pH values from a Michaelis-Menten plot. Furthermore, the stability of the protein-calixarene complex was investigated for different initial pH values and half-life (t(1/2)) values were obtained in the range of 1.96 and 2.64 days. Hemoglobin-calixarene complex present in organic medium was recovered in fresh aqueous solutions at alkaline pH, with a recovery of pseudoperoxidase activity of over 100%. These results strongly suggest that the use of calixarene derivatives is an alternative technique for protein extraction and solubilisation in organic media for biocatalysis.

Simulação numérica aplicada ao tratamento de efluentes

A existência de estações de tratamentos de águas residuais (ETAR) é, nos dias de hoje, fundamental na medida em que permite, reduzir a poluição ambiental associada às águas e, também, a reutilização da água tratada para diversos fins. A constante necessidade de cumprir os limites de descargas nos meios recetores conduziu a um melhoramento nas técnicas e processos de tratamento de efluentes, nomeadamente, nos processos biológicos. O processo por lamas ativadas é um processo amplamente utilizado para a remoção de poluentes orgânicos presentes nas águas residuais, pelo que um estudo mais intensivo sobre estes tratamentos resultou na publicação de uma série de conceitos e pressupostos, através de modelos numéricos. A modelação numérica de processos de tratamento de águas residuais e a utilização de ferramentas de simulação numérica têm sido largamente utilizadas, a nível mundial, por exemplo em investigação, desenvolvimento de processos, atividade de consultoria e igualmente por entidades reguladoras, na medida em que os auxiliam no planeamento, dimensionamento e análise do comportamento de infraestruturas de tratamento. No presente trabalho, recorreu-se ao software de simulação GPS-X (versão 6.0) para implementar o esquema de tratamento da ETAR de Beirolas. O objetivo deste trabalho é verificar a aplicabilidade de modelos numéricos na simulação de unidades de tratamento de efluentes e avaliar a resposta dos diferentes modelos, assim como a influência na alteração de características das águas afluentes no comportamento dos modelos. Os resultados obtidos permitiram concluir que os modelos numéricos podem ser utilizados para prever a resposta dos sistemas biológicos e as suas perturbações. Conclui-se ainda que o comportamento, dos modelos estudados (ASM1, ASM2d, ASM3 e mantis), é semelhante, contudo deve-se referir que devido à complexidade do modelo e a falta de informação experimental sobre as características do efluente, não permitiram efetuar uma completa caracterização e calibração do caso de estudo, e toda a informação disponível sobre as características físico-químicas da água foram baseadas em estimativas de concentrações de carências de oxigénio e sólidos suspensos.

Análise dos parâmetros de qualidade das imagens de verificação em radioterapia aplicada a patologias de cabeça e pescoço

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde - Área de especialização: Terapia com Radiações.

Avaliação do desempenho de um sistema híbrido de tomografia por emissão de positrões e tomografia computorizada

Mestrado em Medicina Nuclear.

Controlo da qualidade dosimétrico no serviço de radioterapia do Hospital CUF Descobertas (HCD): importância do controlo da qualidade do sector da física e resultados da auditoria ESTRO-EQUAL

A calibração e o controlo da qualidade de um acelerador linear são passos muito importantes num serviço de Radioterapia, para garantir a qualidade dos tratamentos prestados. O sector da Física da Unidade de Radioterapia do Hospital Cuf Descobertas implementou um rigoroso Programa de controlo de qualidade ao equipamento produtor de radiação e aos equipamentos medidores de radiação, de acordo com o Dec-Lei 180/2002 e com os protocolos internacionais. Para tal, foram implementados procedimentos, criadas folhas de cálculo, instruções de trabalho e impressos. Foram ainda implementados testes aos equipamentos com periodicidade definida: controlo de qualidade diário e controlo de qualidade após intervenções (manutenções preventivas e correctivas). No decorrer do ano de 2005, o sector da Física colaborou activamente com toda a equipa da Radioterapia na implementação da Norma ISO 9001:2000 no serviço, contribuindo com o seu know how na implementação desta, numa área tão importante como a da garantia da qualidade dos feixes de radiação e das respectivas calibrações em dose. Numa procura de melhoria contínua da qualidade dos serviços prestados aos pacientes, decorre ainda uma auditoria externa da EQUAL-ESTRO*, intercomparação postal com dosímetros termoluminescentes. A qualidade dos feixes de energias utilizados diariamente é analisada, tanto ao nível das calibrações absolutas de cada um dos feixes de fotões e de electrões, como ao nível dos cálculos de dose obtidos com o sistema de planimetria XiO da CMS. Os resultados das duas primeiras fases da intercomparação, relativa aos dois feixes de fotões de 6 MV e 15 MV e feixes de electrões de 4 MeV, 8 MeV e 12 MeV, foram considerados pela EQUAL-ESTRO num nível óptimo (desvio máximo na dose medida em relação à dose de referência |d| ≤ 3%).

Avaliação experimental do comportamento dinâmico de um edifício do século XIX: aplicação à calibração de modelos numéricos

Trabalho de Dissertação de natureza científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização em Estruturas

Modelos de simulação em MATSim aplicados à análise de sistemas de transporte

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Vias de Comunicação e Transportes

Validação do uso de cone-beam computed tomography de kilovoltagem de um LINAC para a realização de estudos dosimétricos

Mestrado em Radioterapia

Seguimento de pessoas em sistemas multi-câmara

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Redes de Comunicação e Multimédia

Caracterização dinâmica de um edifício existente de betão armado através de ensaios de vibração ambiental

Dissertação de natureza Científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil

Observação e modelação do comportamento dinâmico do viaduto do Corgo: utilização integrada de modelos de identificação modal e modelos de elementos finitos de barra

Trabalho Final de Mestrado elaborado no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa no âmbito do protocolo de Cooperação entre o ISEL e o LNEC