Cheminformatic studies of molecular properties and their influence on bioactivity in the context of drug discovery

Molecular shape has long been known to be an important property for the process of molecular recognition. Previous studies postulated the existence of a drug-like shape space that could be used to artificially bias the composition of screening libraries, with the aim to increase the chance of success in Hit Identification. In this work, it was analysed to which extend this assumption holds true. Normalized Principal Moments of Inertia Ratios (NPRs) have been used to describe the molecular shape of small molecules. It was investigated, whether active molecules of diverse targets are located in preferred subspaces of the NPR shape space. Results illustrated a significantly stronger clustering than could be expected by chance, with parts of the space unlikely to be occupied by active compounds. Furthermore, a strong enrichment of elongated, rather flat shapes could be observed, while globular compounds were highly underrepresented. This was confirmed for a wide range of small molecule datasets from different origins. Active compounds exhibited a high overlap in their shape distributions across different targets, making a purely shape­ based discrimination very difficult. An additional perspective was provided by comparing the shapes of protein binding pockets with those of their respective ligands. Although more globular than their ligands, it was observed that binding sites shapes exhibited a similarly skewed distribution in shape space: spherical shapes were highly underrepresented. This was different for unoccupied binding pockets of smaller size. These were on the contrary identified to possess a more globular shape. The relation between shape complementarity and exhibited bioactivity was analysed; a moderate correlation between bioactivity and parameters including pocket coverage, distance in shape space, and others could be identified, which reflects the importance of shape complementarity. However, this also suggests that other aspects are of relevance for molecular recognition. A subsequent analysis assessed if and how shape and volume information retrieved from pocket or respective reference ligands could be used as a pre-filter in a virtual screening approach. ln Lead Optimization compounds need to get optimized with respect to a variety of pararneters. Here, the availability of past success stories is very valuable, as they can guide medicinal chemists during their analogue synthesis plans. However, although of tremendous interest for the public domain, so far only large corporations had the ability to mine historical knowledge in their proprietary databases. With the aim to provide such information, the SwissBioisostere database was developed and released during this thesis. This database contains information on 21,293,355 performed substructural exchanges, corresponding to 5,586,462 unique replacements that have been measured in 35,039 assays against 1,948 molecular targets representing 30 target classes, and on their impact on bioactivity . A user-friendly interface was developed that provides facile access to these data and is accessible at http//www.swissbioisostere.ch. The ChEMBL database was used as primary data source of bioactivity information. Matched molecular pairs have been identified in the extracted and cleaned data. Success-based scores were developed and integrated into the database to allow re-ranking of proposed replacements by their past outcomes. It was analysed to which degree these scores correlate with chemical similarity of the underlying fragments. An unexpectedly weak relationship was detected and further investigated. Use cases of this database were envisioned, and functionalities implemented accordingly: replacement outcomes are aggregatable at the assay level, and it was shawn that an aggregation at the target or target class level could also be performed, but should be accompanied by a careful case-by-case assessment. It was furthermore observed that replacement success depends on the activity of the starting compound A within a matched molecular pair A-B. With increasing potency the probability to lose bioactivity through any substructural exchange was significantly higher than in low affine binders. A potential existence of a publication bias could be refuted. Furthermore, often performed medicinal chemistry strategies for structure-activity-relationship exploration were analysed using the acquired data. Finally, data originating from pharmaceutical companies were compared with those reported in the literature. It could be seen that industrial medicinal chemistry can access replacement information not available in the public domain. In contrast, a large amount of often-performed replacements within companies could also be identified in literature data. Preferences for particular replacements differed between these two sources. The value of combining different endpoints in an evaluation of molecular replacements was investigated. The performed studies highlighted furthermore that there seem to exist no universal substructural replacement that always retains bioactivity irrespective of the biological environment. A generalization of bioisosteric replacements seems therefore not possible. - La forme tridimensionnelle des molécules a depuis longtemps été reconnue comme une propriété importante pour le processus de reconnaissance moléculaire. Des études antérieures ont postulé que les médicaments occupent préférentiellement un sous-ensemble de l'espace des formes des molécules. Ce sous-ensemble pourrait être utilisé pour biaiser la composition de chimiothèques à cribler, dans le but d'augmenter les chances d'identifier des Hits. L'analyse et la validation de cette assertion fait l'objet de cette première partie. Les Ratios de Moments Principaux d'Inertie Normalisés (RPN) ont été utilisés pour décrire la forme tridimensionnelle de petites molécules de type médicament. Il a été étudié si les molécules actives sur des cibles différentes se co-localisaient dans des sous-espaces privilégiés de l'espace des formes. Les résultats montrent des regroupements de molécules incompatibles avec une répartition aléatoire, avec certaines parties de l'espace peu susceptibles d'être occupées par des composés actifs. Par ailleurs, un fort enrichissement en formes allongées et plutôt plates a pu être observé, tandis que les composés globulaires étaient fortement sous-représentés. Cela a été confirmé pour un large ensemble de compilations de molécules d'origines différentes. Les distributions de forme des molécules actives sur des cibles différentes se recoupent largement, rendant une discrimination fondée uniquement sur la forme très difficile. Une perspective supplémentaire a été ajoutée par la comparaison des formes des ligands avec celles de leurs sites de liaison (poches) dans leurs protéines respectives. Bien que plus globulaires que leurs ligands, il a été observé que les formes des poches présentent une distribution dans l'espace des formes avec le même type d'asymétrie que celle observée pour les ligands: les formes sphériques sont fortement sous­ représentées. Un résultat différent a été obtenu pour les poches de plus petite taille et cristallisées sans ligand: elles possédaient une forme plus globulaire. La relation entre complémentarité de forme et bioactivité a été également analysée; une corrélation modérée entre bioactivité et des paramètres tels que remplissage de poche, distance dans l'espace des formes, ainsi que d'autres, a pu être identifiée. Ceci reflète l'importance de la complémentarité des formes, mais aussi l'implication d'autres facteurs. Une analyse ultérieure a évalué si et comment la forme et le volume d'une poche ou de ses ligands de référence pouvaient être utilisés comme un pré-filtre dans une approche de criblage virtuel. Durant l'optimisation d'un Lead, de nombreux paramètres doivent être optimisés simultanément. Dans ce contexte, la disponibilité d'exemples d'optimisations réussies est précieuse, car ils peuvent orienter les chimistes médicinaux dans leurs plans de synthèse par analogie. Cependant, bien que d'un extrême intérêt pour les chercheurs dans le domaine public, seules les grandes sociétés pharmaceutiques avaient jusqu'à présent la capacité d'exploiter de telles connaissances au sein de leurs bases de données internes. Dans le but de remédier à cette limitation, la base de données SwissBioisostere a été élaborée et publiée dans le domaine public au cours de cette thèse. Cette base de données contient des informations sur 21 293 355 échanges sous-structuraux observés, correspondant à 5 586 462 remplacements uniques mesurés dans 35 039 tests contre 1948 cibles représentant 30 familles, ainsi que sur leur impact sur la bioactivité. Une interface a été développée pour permettre un accès facile à ces données, accessible à http:/ /www.swissbioisostere.ch. La base de données ChEMBL a été utilisée comme source de données de bioactivité. Une version modifiée de l'algorithme de Hussain et Rea a été implémentée pour identifier les Matched Molecular Pairs (MMP) dans les données préparées au préalable. Des scores de succès ont été développés et intégrés dans la base de données pour permettre un reclassement des remplacements proposés selon leurs résultats précédemment observés. La corrélation entre ces scores et la similarité chimique des fragments correspondants a été étudiée. Une corrélation plus faible qu'attendue a été détectée et analysée. Différents cas d'utilisation de cette base de données ont été envisagés, et les fonctionnalités correspondantes implémentées: l'agrégation des résultats de remplacement est effectuée au niveau de chaque test, et il a été montré qu'elle pourrait également être effectuée au niveau de la cible ou de la classe de cible, sous réserve d'une analyse au cas par cas. Il a en outre été constaté que le succès d'un remplacement dépend de l'activité du composé A au sein d'une paire A-B. Il a été montré que la probabilité de perdre la bioactivité à la suite d'un remplacement moléculaire quelconque est plus importante au sein des molécules les plus actives que chez les molécules de plus faible activité. L'existence potentielle d'un biais lié au processus de publication par articles a pu être réfutée. En outre, les stratégies fréquentes de chimie médicinale pour l'exploration des relations structure-activité ont été analysées à l'aide des données acquises. Enfin, les données provenant des compagnies pharmaceutiques ont été comparées à celles reportées dans la littérature. Il a pu être constaté que les chimistes médicinaux dans l'industrie peuvent accéder à des remplacements qui ne sont pas disponibles dans le domaine public. Par contre, un grand nombre de remplacements fréquemment observés dans les données de l'industrie ont également pu être identifiés dans les données de la littérature. Les préférences pour certains remplacements particuliers diffèrent entre ces deux sources. L'intérêt d'évaluer les remplacements moléculaires simultanément selon plusieurs paramètres (bioactivité et stabilité métabolique par ex.) a aussi été étudié. Les études réalisées ont souligné qu'il semble n'exister aucun remplacement sous-structural universel qui conserve toujours la bioactivité quel que soit le contexte biologique. Une généralisation des remplacements bioisostériques ne semble donc pas possible.

Le Linceul: une exploration par la bande dessinée des potentialités narratives de la (re)production de l'image christique

L'article aborde la façon dont la série BD Le Linceul (2003-2006) s'approprie, dans le cadre de la fiction et du récit d'action grand public, le contexte de la réception de l'image acheiropoïète du Saint Suaire, intégrant la référence à des enjeux théologiques et scientifiques au sein d'une histoire à suspense située à différentes époques et dont les nombreux rebondissements s'articulent autour d'une croyance progressive dans le statut sacré de la vera icon. L'examen détaillé de certains choix narratifs et graphiques de l'auteur Laurent Bidot permet de dégager les modalités d'une exploitation contemporaine et (a priori) laïcisée de la figure de Jésus qui, à l'ère des technologies numériques, conserve sa part de mystère. Dans une perspective narratologique, l'interprétation procède principalement de constats liés à l'organisation énonciative de cette production bédéique.

'Se dire similaire et différent': la (re)présentation de soi et la négociation discursive des références identitaires des ressortissants ex-yougoslaves musulmans au Luxembourg

Cette thèse, qui se base sur des entretiens qualitatifs, porte sur la négociation des références identitaires de musulmans immigrés et réfugiés en provenance de Γ ex-Yougoslavie au Luxembourg et s'intéresse à la pertinence changeante de la religion dans la conception de soi. Selon une approche constructiviste et interactionniste, l'identité est conçue comme un projet constamment négocié, reconstruit dans des processus d'interaction sociale et en fonction des contextes sociaux. Nos données suggèrent l'émergence de constructions identitaires complexes et attestent de la pluridimensionalité et de l'intersectionnalité des références identitaires utilisées dans la conception de soi et témoignent de la non-réduction des individus à des catégories fixes. Différentes catégories sont rendues significatives et de multiples frontières sont établies afin de se différencier de figures d'altérité changeantes, sélectivement choisies pour construire une certaine image de soi. Les discours identitaires témoignent de l'aspiration à une identité positive, dans une situation caractérisée par la perte du statut social et des stigmatisations multiples, en tant que ex-Yougoslaves, demandeurs d'asile et musulmans. Nos interlocuteurs établissent un répertoire identitaire composé de marqueurs transposés, inventés et revalorisés, leur permettant de reconstruire une identité positive pour soi et leurs audiences. Ce travail décrit les manières dont les individus établissent leur répertoire identitaire à l'aide de marqueurs transposés, inventés et revalorisés, leur permettant de reconstruire une identité positive pour soi et leurs audiences et montre comment les processus de différenciation de 'l'autre' dans le pays d'origine et d'accueil sont reliés. - The question addressed in this project with a qualitative design, is how muslim migrants and refugees from the former Socialist Federal Republic of Yugoslavia in Luxemburg negotiate salient identity references in a new social political environment and discusses the changing significance of religion and the way it is integrated in the identity patchwork. According to a constructivist and interactionist approach, conceiving identity as a constantly negotiated project, reconstructed in interaction and with regard to social context, identities are relevant only in relation to particular other groups and in certain situations of interaction. Our data suggest the emergence of complex identity patterns using multiple references for self- description and attest of the intersectionnality of identity references and show that individuals can't be reduced to fixed categories. Different categories are made salient and multiple symbolic boundaries are established in order to differentiate from different "others", selected in order to construct a certain self-concept. The discourses of our participants attest of an aspiration towards a positive identity in a situation characterized by the loss of social status and multiple stigmata. This thesis describes the ways how individuals establish their identity repertoire with invented, transposed and negotiated identity references, that allow them to construct a favourable identity for themselves and their public and shows how différenciation processes in home and host country are related.

Advanced Kernel Methods For Remote Sensing Image Classification

Résumé Suite aux recentes avancées technologiques, les archives d'images digitales ont connu une croissance qualitative et quantitative sans précédent. Malgré les énormes possibilités qu'elles offrent, ces avancées posent de nouvelles questions quant au traitement des masses de données saisies. Cette question est à la base de cette Thèse: les problèmes de traitement d'information digitale à très haute résolution spatiale et/ou spectrale y sont considérés en recourant à des approches d'apprentissage statistique, les méthodes à noyau. Cette Thèse étudie des problèmes de classification d'images, c'est à dire de catégorisation de pixels en un nombre réduit de classes refletant les propriétés spectrales et contextuelles des objets qu'elles représentent. L'accent est mis sur l'efficience des algorithmes, ainsi que sur leur simplicité, de manière à augmenter leur potentiel d'implementation pour les utilisateurs. De plus, le défi de cette Thèse est de rester proche des problèmes concrets des utilisateurs d'images satellite sans pour autant perdre de vue l'intéret des méthodes proposées pour le milieu du machine learning dont elles sont issues. En ce sens, ce travail joue la carte de la transdisciplinarité en maintenant un lien fort entre les deux sciences dans tous les développements proposés. Quatre modèles sont proposés: le premier répond au problème de la haute dimensionalité et de la redondance des données par un modèle optimisant les performances en classification en s'adaptant aux particularités de l'image. Ceci est rendu possible par un système de ranking des variables (les bandes) qui est optimisé en même temps que le modèle de base: ce faisant, seules les variables importantes pour résoudre le problème sont utilisées par le classifieur. Le manque d'information étiquétée et l'incertitude quant à sa pertinence pour le problème sont à la source des deux modèles suivants, basés respectivement sur l'apprentissage actif et les méthodes semi-supervisées: le premier permet d'améliorer la qualité d'un ensemble d'entraînement par interaction directe entre l'utilisateur et la machine, alors que le deuxième utilise les pixels non étiquetés pour améliorer la description des données disponibles et la robustesse du modèle. Enfin, le dernier modèle proposé considère la question plus théorique de la structure entre les outputs: l'intègration de cette source d'information, jusqu'à présent jamais considérée en télédétection, ouvre des nouveaux défis de recherche. Advanced kernel methods for remote sensing image classification Devis Tuia Institut de Géomatique et d'Analyse du Risque September 2009 Abstract The technical developments in recent years have brought the quantity and quality of digital information to an unprecedented level, as enormous archives of satellite images are available to the users. However, even if these advances open more and more possibilities in the use of digital imagery, they also rise several problems of storage and treatment. The latter is considered in this Thesis: the processing of very high spatial and spectral resolution images is treated with approaches based on data-driven algorithms relying on kernel methods. In particular, the problem of image classification, i.e. the categorization of the image's pixels into a reduced number of classes reflecting spectral and contextual properties, is studied through the different models presented. The accent is put on algorithmic efficiency and the simplicity of the approaches proposed, to avoid too complex models that would not be used by users. The major challenge of the Thesis is to remain close to concrete remote sensing problems, without losing the methodological interest from the machine learning viewpoint: in this sense, this work aims at building a bridge between the machine learning and remote sensing communities and all the models proposed have been developed keeping in mind the need for such a synergy. Four models are proposed: first, an adaptive model learning the relevant image features has been proposed to solve the problem of high dimensionality and collinearity of the image features. This model provides automatically an accurate classifier and a ranking of the relevance of the single features. The scarcity and unreliability of labeled. information were the common root of the second and third models proposed: when confronted to such problems, the user can either construct the labeled set iteratively by direct interaction with the machine or use the unlabeled data to increase robustness and quality of the description of data. Both solutions have been explored resulting into two methodological contributions, based respectively on active learning and semisupervised learning. Finally, the more theoretical issue of structured outputs has been considered in the last model, which, by integrating outputs similarity into a model, opens new challenges and opportunities for remote sensing image processing.

Epidermal growth factor receptor: a re-emerging target in glioblastoma.

PURPOSE OF REVIEW: Amplification and overexpression of the epidermal growth factor receptor (EGFR) gene are a hallmark of primary glioblastoma (45%), making it a prime target for therapy. In addition, these amplifications are frequently associated with oncogenic mutations in the extracellular domain. However, efforts at targeting the EGFR tyrosine kinase using small molecule inhibitors or antibodies have shown disappointing efficacy in clinical trials for newly diagnosed or recurrent glioblastoma. Here, we review recent insights into molecular mechanisms relevant for effective targeting of the EGFR pathway. RECENT FINDINGS: Molecular workup of glioblastoma tissue of patients under treatment with small molecule inhibitors has established drug concentrations in the tumor tissue, and has shed light on the effectiveness of target inhibition and respective effects on pathway signaling. Further, functional analyses of interaction of small molecule inhibitors with distinct properties to bind to the active or inactive form of EGFR have provided new insights that will impact the choice of drugs. Finally, vaccination approaches targeting the EGFRvIII mutant featuring a tumor-specific antigen have shown promising results that warrant larger controlled clinical trials. SUMMARY: A combination of preclinical and clinical studies at the molecular level has provided new insights that will allow refining strategies for targeting the EGFR pathway in glioblastoma.

Differential effect of long versus short wavelength light exposure on pupillary re-dilation in patients with outer retinal disease.

BACKGROUND: In patients with outer retinal degeneration, a differential pupil response to long wavelength (red) versus short wavelength (blue) light stimulation has been previously observed. The goal of this study was to quantify differences in the pupillary re-dilation following exposure to red versus blue light in patients with outer retinal disease and compare them with patients with optic neuropathy and with healthy subjects. DESIGN: Prospective comparative cohort study. PARTICIPANTS: Twenty-three patients with outer retinal disease, 13 patients with optic neuropathy and 14 normal subjects. METHODS: Subjects were tested using continuous red and blue light stimulation at three intensities (1, 10 and 100 cd/m2) for 13 s per intensity. Pupillary re-dilation dynamics following the brightest intensity was analysed and compared between the three groups. MAIN OUTCOME MEASURES: The parameters of pupil re-dilation used in this study were: time to recover 90% of baseline size; mean pupil size at early and late phases of re-dilation; and differential re-dilation time for blue versus red light. RESULTS: Patients with outer retinal disease showed a pupil that tended to stay smaller after light termination and thus had a longer time to recovery. The differential re-dilation time was significantly greater in patients with outer retinal disease (median = 28.0 s, P < 0.0001) compared with controls and patients with optic neuropathy. CONCLUSIONS: A differential response of pupil re-dilation following red versus blue light stimulation is present in patients with outer retinal disease but is not found in normal eyes or among patients with visual loss from optic neuropathy.

Urban image classification with semisupervised multiscale cluster kernels

This paper presents a semisupervised support vector machine (SVM) that integrates the information of both labeled and unlabeled pixels efficiently. Method's performance is illustrated in the relevant problem of very high resolution image classification of urban areas. The SVM is trained with the linear combination of two kernels: a base kernel working only with labeled examples is deformed by a likelihood kernel encoding similarities between labeled and unlabeled examples. Results obtained on very high resolution (VHR) multispectral and hyperspectral images show the relevance of the method in the context of urban image classification. Also, its simplicity and the few parameters involved make the method versatile and workable by unexperienced users.

Chronic beryllium disease as a re-emerging occupational disorder possibly misdiagnosed as sarcoidosis : a Swiss study project

Background: Beryllium (Be) is increasingly used worldwide for numerous industrial applications. Occupational exposure to Be may lead to Be sensitization (BeS), a CD4-mediated immune response. BeS may progress to chronic beryllium disease (CBD), a granulomatous lung disorder closely resembling sarcoidosis. The recognition of CBD requires detection of Be exposure at occupational history, and detection of BeS on blood or BAL lymphocytes. Since methods for CBD detection are not routinely available in Switzerland, we hypothesized that CBD cases are not recognized but misdiagnosis as sarcoidosis. Objective: To present an ongoing Swiss study screening patients with sarcoidosis in search of Be exposure, BeS, and CBD. Methods: Both a prospective and a retrospective cohort are being studied. In the prospective cohort, the main steps include: 1) recruitment of 100 consecutive patients with newly diagnosed pulmonary sarcoidosis at 2 centers (Lausanne, Bern). 2) screening for possible occupational Be exposure by self-administered patient questionnaire. 3) standardized detailed occupational interview and clinical visit by occupational health specialist. If step 3 is positive, then 4) blood and BAL sampling for detection of BeS by specifically developed Elispot assay and CFSE flow cytometry, with subsequent comparison to the classical Be lymphocyte proliferation test. If step 4 is positive, then 5) review of medical records and diagnostic revision from sarcoidosis to CBD. 6) appropriate measures for exposure cessation and case reporting to SUVA as occupational disease. The retrospective cohort will include 400 patients with previously diagnosed pulmonary sarcoidosis, either treated or untreated, recruited through the SIOLD Registries. Steps 2 to 5 will be peformed as above, except for a) end of study after step 2 if screening questionnaire does not reveal Be exposure, and b) step 4 done on blood sample only (BAL not needed). Current status: Self-administered screening questionnaire and tools for standardized occupational interview have been developed. BeS testing has been implemented and undergoes validation. Inclusions in the prospective phase have started at both study sites. The retrospective phase is in preparation. Conclusion: The current study status allows to conclude to technical feasibility of the project. The prospective phase if this study is funded by the SUVA. The SIOLD Registries are supported by the Swiss Pulmonary League.

Ghosts in contemporary African diasporic literature : re-visioning history, memory and identity

Starting from the observation that ghosts are strikingly recurrent and prominent figures in late-twentieth African diasporic literature, this dissertation proposes to account for this presence by exploring its various functions. It argues that, beyond the poetic function the ghost performs as metaphor, it also does cultural, theoretical and political work that is significant to the African diaspora in its dealings with issues of history, memory and identity. Toni Morrison's Beloved (1987) serves as a guide for introducing the many forms, qualities and significations of the ghost, which are then explored and analyzed in four chapters that look at Fred D'Aguiar's Feeding the Ghosts (1998), Gloria Naylor's Mama Day (1988), Paule Marshall's Praisesong for the Widow (1983) and a selection of novels, short stories and poetry by Michelle Cliff. Moving thematically through these texts, the discussion shifts from history through memory to identity as it examines how the ghost trope allows the writers to revisit sites of trauma; revise historical narratives that are constituted and perpetuated by exclusions and invisibilities; creatively and critically repossess a past marked by violence, dislocation and alienation and reclaim the diasporic culture it contributed to shaping; destabilize and deconstruct the hegemonic, normative categories and boundaries that delimit race or sexuality and envision other, less limited and limiting definitions of identity. These diverse and interrelated concerns are identified and theorized as participating in a project of "re-vision," a critical project that constitutes an epistemological as much as a political gesture. The author-based structure allows for a detailed analysis of the texts and highlights the distinctive shapes the ghost takes and the particular concerns it serves to address in each writer's literary and political project. However, using the ghost as a guide into these texts, taken collectively, also throws into relief new connections between them and sheds light on the complex ways in which the interplay of history, memory and identity positions them as products of and contributions to an African diasporic (literary) culture. If it insists on the cultural specificity of African diasporic ghosts, tracing its origins to African cultures and spiritualities, the argument also follows gothic studies' common view that ghosts in literary and cultural productions-like other related figures of the living dead-respond to particular conditions and anxieties. Considering the historical and political context in which the texts under study were produced, the dissertation makes connections between the ghosts in them and African diasporic people's disillusionment with the broken promises of the civil rights movement in the United States and of postcolonial independence in the Caribbean. It reads the texts' theoretical concerns and narrative qualities alongside the contestation of traditional historiography by black and postcolonial studies as well as the broader challenge to conventional notions such as truth, reality, meaning, power or identity by poststructuralism, postcolonialism or queer theory. Drawing on these various theoretical approaches and critical tools to elucidate the ghost's deconstructive power for African diasporic writers' concerns, this work ultimately offers a contribution to "speciality studies," which is currently emerging as a new field of scholarship in cultural theory.