Computer-aided drug design and ADMET predictions for identification and evaluation of novel potential farnesyltransferase inhibitors in cancer therapy

We have used various computational methodologies including molecular dynamics, density functional theory, virtual screening, ADMET predictions and molecular interaction field studies to design and analyze four novel potential inhibitors of farnesyltransferase (FTase). Evaluation of two proposals regarding their drug potential as well as lead compounds have indicated them as novel promising FTase inhibitors, with theoretically interesting pharmacotherapeutic profiles, when Compared to the very active and most cited FTase inhibitors that have activity data reported, which are launched drugs or compounds in clinical tests. One of our two proposals appears to be a more promising drug candidate and FTase inhibitor, but both derivative molecules indicate potentially very good pharmacotherapeutic profiles in comparison with Tipifarnib and Lonafarnib, two reference pharmaceuticals. Two other proposals have been selected with virtual screening approaches and investigated by LIS, which suggest novel and alternatives scaffolds to design future potential FTase inhibitors. Such compounds can be explored as promising molecules to initiate a research protocol in order to discover novel anticancer drug candidates targeting farnesyltransferase, in the fight against cancer. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Should optional properties be used in conceptual modelling? A theory and three empirical tests

An important feature of some conceptual modelling grammars is the features they provide to allow database designers to show real-world things may or may not possess a particular attribute or relationship. In the entity-relationship model, for example, the fact that a thing may not possess an attribute can be represented by using a special symbol to indicate that the attribute is optional. Similarly, the fact that a thing may or may not be involved in a relationship can be represented by showing the minimum cardinality of the relationship as zero. Whether these practices should be followed, however, is a contentious issue. An alternative approach is to eliminate optional attributes and relationships from conceptual schema diagrams by using subtypes that have only mandatory attributes and relationships. In this paper, we first present a theory that led us to predict that optional attributes and relationships should be used in conceptual schema diagrams only when users of the diagrams require a surface-level understanding of the domain being represented by the diagrams. When users require a deep-level understanding, however, optional attributes and relationships should not be used because they undermine users' abilities to grasp important domain semantics. We describe three experiments which we then undertook to test our predictions. The results of the experiments support our predictions.

Theory and applications of fuzzy Volterra integral equations

Formulations of fuzzy integral equations in terms of the Aumann integral do not reflect the behavior of corresponding crisp models. Consequently, they are ill-adapted to describe physical phenomena, even when vagueness and uncertainty are present. A similar situation for fuzzy ODEs has been obviated by interpretation in terms of families of differential inclusions. The paper extends this formalism to fuzzy integral equations and shows that the resulting solution sets and attainability sets are fuzzy and far better descriptions of uncertain models involving integral equations. The investigation is restricted to Volterra type equations with mildly restrictive conditions, but the methods are capable of extensive generalization to other types and more general assumptions. The results are illustrated by integral equations relating to control models with fuzzy uncertainties.

Testing insect movement theory: empirical analysis of pest data routinely collected from agricultural crops

Observations of an insect's movement lead to theory on the insect's flight behaviour and the role of movement in the species' population dynamics. This theory leads to predictions of the way the population changes in time under different conditions. If a hypothesis on movement predicts a specific change in the population, then the hypothesis can be tested against observations of population change. Routine pest monitoring of agricultural crops provides a convenient source of data for studying movement into a region and among fields within a region. Examples of the use of statistical and computational methods for testing hypotheses with such data are presented. The types of questions that can be addressed with these methods and the limitations of pest monitoring data when used for this purpose are discussed. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

On lattices from combinatorial game theory modularity and a representation theorem: finite case

We show that a self-generated set of combinatorial games, S. may not be hereditarily closed but, strong self-generation and hereditary closure are equivalent in the universe of short games. In [13], the question "Is there a set which will give a non-distributive but modular lattice?" appears. A useful necessary condition for the existence of a finite non-distributive modular L(S) is proved. We show the existence of S such that L(S) is modular and not distributive, exhibiting the first known example. More, we prove a Representation Theorem with Games that allows the generation of all finite lattices in game context. Finally, a computational tool for drawing lattices of games is presented. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

Teaching fundamentals of computing theory: a constructivist approach

A Fundamentals of Computing Theory course involves different topics that are core to the Computer Science curricula and whose level of abstraction makes them difficult both to teach and to learn. Such difficulty stems from the complexity of the abstract notions involved and the required mathematical background. Surveys conducted among our students showed that many of them were applying some theoretical concepts mechanically rather than developing significant learning. This paper shows a number of didactic strategies that we introduced in the Fundamentals of Computing Theory curricula to cope with the above problem. The proposed strategies were based on a stronger use of technology and a constructivist approach. The final goal was to promote more significant learning of the course topics.

Towards automated derivation in the theory of allegories

We provide an algorithm that automatically derives many provable theorems in the equational theory of allegories. This was accomplished by noticing properties of an existing decision algorithm that could be extended to provide a derivation in addition to a decision certificate. We also suggest improvements and corrections to previous research in order to motivate further work on a complete derivation mechanism. The results presented here are significant for those interested in relational theories, since we essentially have a subtheory where automatic proof-generation is possible. This is also relevant to program verification since relations are well-suited to describe the behaviour of computer programs. It is likely that extensions of the theory of allegories are also decidable and possibly suitable for further expansions of the algorithm presented here.

An Abstract Algebraic Theory of L-Fuzzy Relations for Relational Databases

Classical relational databases lack proper ways to manage certain real-world situations including imprecise or uncertain data. Fuzzy databases overcome this limitation by allowing each entry in the table to be a fuzzy set where each element of the corresponding domain is assigned a membership degree from the real interval [0…1]. But this fuzzy mechanism becomes inappropriate in modelling scenarios where data might be incomparable. Therefore, we become interested in further generalization of fuzzy database into L-fuzzy database. In such a database, the characteristic function for a fuzzy set maps to an arbitrary complete Brouwerian lattice L. From the query language perspectives, the language of fuzzy database, FSQL extends the regular Structured Query Language (SQL) by adding fuzzy specific constructions. In addition to that, L-fuzzy query language LFSQL introduces appropriate linguistic operations to define and manipulate inexact data in an L-fuzzy database. This research mainly focuses on defining the semantics of LFSQL. However, it requires an abstract algebraic theory which can be used to prove all the properties of, and operations on, L-fuzzy relations. In our study, we show that the theory of arrow categories forms a suitable framework for that. Therefore, we define the semantics of LFSQL in the abstract notion of an arrow category. In addition, we implement the operations of L-fuzzy relations in Haskell and develop a parser that translates algebraic expressions into our implementation.

The decoupling approach to quantum information theory

La théorie de l'information quantique étudie les limites fondamentales qu'imposent les lois de la physique sur les tâches de traitement de données comme la compression et la transmission de données sur un canal bruité. Cette thèse présente des techniques générales permettant de résoudre plusieurs problèmes fondamentaux de la théorie de l'information quantique dans un seul et même cadre. Le théorème central de cette thèse énonce l'existence d'un protocole permettant de transmettre des données quantiques que le receveur connaît déjà partiellement à l'aide d'une seule utilisation d'un canal quantique bruité. Ce théorème a de plus comme corollaires immédiats plusieurs théorèmes centraux de la théorie de l'information quantique. Les chapitres suivants utilisent ce théorème pour prouver l'existence de nouveaux protocoles pour deux autres types de canaux quantiques, soit les canaux de diffusion quantiques et les canaux quantiques avec information supplémentaire fournie au transmetteur. Ces protocoles traitent aussi de la transmission de données quantiques partiellement connues du receveur à l'aide d'une seule utilisation du canal, et ont comme corollaires des versions asymptotiques avec et sans intrication auxiliaire. Les versions asymptotiques avec intrication auxiliaire peuvent, dans les deux cas, être considérées comme des versions quantiques des meilleurs théorèmes de codage connus pour les versions classiques de ces problèmes. Le dernier chapitre traite d'un phénomène purement quantique appelé verrouillage: il est possible d'encoder un message classique dans un état quantique de sorte qu'en lui enlevant un sous-système de taille logarithmique par rapport à sa taille totale, on puisse s'assurer qu'aucune mesure ne puisse avoir de corrélation significative avec le message. Le message se trouve donc «verrouillé» par une clé de taille logarithmique. Cette thèse présente le premier protocole de verrouillage dont le critère de succès est que la distance trace entre la distribution jointe du message et du résultat de la mesure et le produit de leur marginales soit suffisamment petite.

Interactive quantum information theory

La théorie de l'information quantique s'est développée à une vitesse fulgurante au cours des vingt dernières années, avec des analogues et extensions des théorèmes de codage de source et de codage sur canal bruité pour la communication unidirectionnelle. Pour la communication interactive, un analogue quantique de la complexité de la communication a été développé, pour lequel les protocoles quantiques peuvent performer exponentiellement mieux que les meilleurs protocoles classiques pour certaines tâches classiques. Cependant, l'information quantique est beaucoup plus sensible au bruit que l'information classique. Il est donc impératif d'utiliser les ressources quantiques à leur plein potentiel. Dans cette thèse, nous étudions les protocoles quantiques interactifs du point de vue de la théorie de l'information et étudions les analogues du codage de source et du codage sur canal bruité. Le cadre considéré est celui de la complexité de la communication: Alice et Bob veulent faire un calcul quantique biparti tout en minimisant la quantité de communication échangée, sans égard au coût des calculs locaux. Nos résultats sont séparés en trois chapitres distincts, qui sont organisés de sorte à ce que chacun puisse être lu indépendamment. Étant donné le rôle central qu'elle occupe dans le contexte de la compression interactive, un chapitre est dédié à l'étude de la tâche de la redistribution d'état quantique. Nous prouvons des bornes inférieures sur les coûts de communication nécessaires dans un contexte interactif. Nous prouvons également des bornes atteignables avec un seul message, dans un contexte d'usage unique. Dans un chapitre subséquent, nous définissons une nouvelle notion de complexité de l'information quantique. Celle-ci caractérise la quantité d'information, plutôt que de communication, qu'Alice et Bob doivent échanger pour calculer une tâche bipartie. Nous prouvons beaucoup de propriétés structurelles pour cette quantité, et nous lui donnons une interprétation opérationnelle en tant que complexité de la communication quantique amortie. Dans le cas particulier d'entrées classiques, nous donnons une autre caractérisation permettant de quantifier le coût encouru par un protocole quantique qui oublie de l'information classique. Deux applications sont présentées: le premier résultat général de somme directe pour la complexité de la communication quantique à plus d'une ronde, ainsi qu'une borne optimale, à un terme polylogarithmique près, pour la complexité de la communication quantique avec un nombre de rondes limité pour la fonction « ensembles disjoints ». Dans un chapitre final, nous initions l'étude de la capacité interactive quantique pour les canaux bruités. Étant donné que les techniques pour distribuer de l'intrication sont bien étudiées, nous nous concentrons sur un modèle avec intrication préalable parfaite et communication classique bruitée. Nous démontrons que dans le cadre plus ardu des erreurs adversarielles, nous pouvons tolérer un taux d'erreur maximal de une demie moins epsilon, avec epsilon plus grand que zéro arbitrairement petit, et ce avec un taux de communication positif. Il s'ensuit que les canaux avec bruit aléatoire ayant une capacité positive pour la transmission unidirectionnelle ont une capacité positive pour la communication interactive quantique. Nous concluons avec une discussion de nos résultats et des directions futures pour ce programme de recherche sur une théorie de l'information quantique interactive.

Theory and numerical integration of subsurface light transport

En synthèse d’images, reproduire les effets complexes de la lumière sur des matériaux transluminescents, tels que la cire, le marbre ou la peau, contribue grandement au réalisme d’une image. Malheureusement, ce réalisme supplémentaire est couteux en temps de calcul. Les modèles basés sur la théorie de la diffusion visent à réduire ce coût en simulant le comportement physique du transport de la lumière sous surfacique tout en imposant des contraintes de variation sur la lumière incidente et sortante. Une composante importante de ces modèles est leur application à évaluer hiérarchiquement l’intégrale numérique de l’illumination sur la surface d’un objet. Cette thèse révise en premier lieu la littérature actuelle sur la simulation réaliste de la transluminescence, avant d’investiguer plus en profondeur leur application et les extensions des modèles de diffusion en synthèse d’images. Ainsi, nous proposons et évaluons une nouvelle technique d’intégration numérique hiérarchique utilisant une nouvelle analyse fréquentielle de la lumière sortante et incidente pour adapter efficacement le taux d’échantillonnage pendant l’intégration. Nous appliquons cette théorie à plusieurs modèles qui correspondent à l’état de l’art en diffusion, octroyant une amélioration possible à leur efficacité et précision.

Photorealistic Surface Rendering with Microfacet Theory

La synthèse d'images dites photoréalistes nécessite d'évaluer numériquement la manière dont la lumière et la matière interagissent physiquement, ce qui, malgré la puissance de calcul impressionnante dont nous bénéficions aujourd'hui et qui ne cesse d'augmenter, est encore bien loin de devenir une tâche triviale pour nos ordinateurs. Ceci est dû en majeure partie à la manière dont nous représentons les objets: afin de reproduire les interactions subtiles qui mènent à la perception du détail, il est nécessaire de modéliser des quantités phénoménales de géométries. Au moment du rendu, cette complexité conduit inexorablement à de lourdes requêtes d'entrées-sorties, qui, couplées à des évaluations d'opérateurs de filtrage complexes, rendent les temps de calcul nécessaires à produire des images sans défaut totalement déraisonnables. Afin de pallier ces limitations sous les contraintes actuelles, il est nécessaire de dériver une représentation multiéchelle de la matière. Dans cette thèse, nous construisons une telle représentation pour la matière dont l'interface correspond à une surface perturbée, une configuration qui se construit généralement via des cartes d'élévations en infographie. Nous dérivons notre représentation dans le contexte de la théorie des microfacettes (conçue à l'origine pour modéliser la réflectance de surfaces rugueuses), que nous présentons d'abord, puis augmentons en deux temps. Dans un premier temps, nous rendons la théorie applicable à travers plusieurs échelles d'observation en la généralisant aux statistiques de microfacettes décentrées. Dans l'autre, nous dérivons une procédure d'inversion capable de reconstruire les statistiques de microfacettes à partir de réponses de réflexion d'un matériau arbitraire dans les configurations de rétroréflexion. Nous montrons comment cette théorie augmentée peut être exploitée afin de dériver un opérateur général et efficace de rééchantillonnage approximatif de cartes d'élévations qui (a) préserve l'anisotropie du transport de la lumière pour n'importe quelle résolution, (b) peut être appliqué en amont du rendu et stocké dans des MIP maps afin de diminuer drastiquement le nombre de requêtes d'entrées-sorties, et (c) simplifie de manière considérable les opérations de filtrage par pixel, le tout conduisant à des temps de rendu plus courts. Afin de valider et démontrer l'efficacité de notre opérateur, nous synthétisons des images photoréalistes anticrenelées et les comparons à des images de référence. De plus, nous fournissons une implantation C++ complète tout au long de la dissertation afin de faciliter la reproduction des résultats obtenus. Nous concluons avec une discussion portant sur les limitations de notre approche, ainsi que sur les verrous restant à lever afin de dériver une représentation multiéchelle de la matière encore plus générale.

An Information Theory framework for two-stage binary image operator design

The design of translation invariant and locally defined binary image operators over large windows is made difficult by decreased statistical precision and increased training time. We present a complete framework for the application of stacked design, a recently proposed technique to create two-stage operators that circumvents that difficulty. We propose a novel algorithm, based on Information Theory, to find groups of pixels that should be used together to predict the Output Value. We employ this algorithm to automate the process of creating a set of first-level operators that are later combined in a global operator. We also propose a principled way to guide this combination, by using feature selection and model comparison. Experimental results Show that the proposed framework leads to better results than single stage design. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.