Computational problems in perfect phylogeny haplotyping: Typing without calling the allele

A haplotype is an m-long binary vector. The XOR-genotype of two haplotypes is the m-vector of their coordinate-wise XOR. We study the following problem: Given a set of XOR-genotypes, reconstruct their haplotypes so that the set of resulting haplotypes can be mapped onto a perfect phylogeny (PP) tree. The question is motivated by studying population evolution in human genetics and is a variant of the PP haplotyping problem that has received intensive attention recently. Unlike the latter problem, in which the input is '' full '' genotypes, here, we assume less informative input and so may be more economical to obtain experimentally. Building on ideas of Gusfield, we show how to solve the problem in polynomial time by a reduction to the graph realization problem. The actual haplotypes are not uniquely determined by the tree they map onto and the tree itself may or may not be unique. We show that tree uniqueness implies uniquely determined haplotypes, up to inherent degrees of freedom, and give a sufficient condition for the uniqueness. To actually determine the haplotypes given the tree, additional information is necessary. We show that two or three full genotypes suffice to reconstruct all the haplotypes and present a linear algorithm for identifying those genotypes.

Performance aux tests d'intelligence : vers une inversion de l'effet Flynn ?

Des nombreuses études ont montré une augmentation des scores aux tests d'aptitudes à travers les générations (« effet Flynn »). Différentes hypothèses d'ordre biologique, social et/ou éducationnels ont été élaborées afin d'expliquer ce phénomène. L'objectif de cette recherche est d'examiner l'évolution des performances aux tests d'aptitudes sur la base d'étalonnages datant de 1991 et de 2002. Les résultats suggèrent une inversion non homogène de l'effet Flynn. La diminution concerne plus particulièrement les tests d'aptitudes scolaires, comme ceux évaluant le facteur verbal et numérique. Cette étude pourrait refléter un changement de l'importance accordée aux différentes aptitudes peu évaluées en orientation scolaire et professionnelle.

Computational and statistical analysis of copy number variants in normal and cancer genomes

AbstractAlthough the genomes from any two human individuals are more than 99.99% identical at the sequence level, some structural variation can be observed. Differences between genomes include single nucleotide polymorphism (SNP), inversion and copy number changes (gain or loss of DNA). The latter can range from submicroscopic events (CNVs, at least 1kb in size) to complete chromosomal aneuploidies. Small copy number variations have often no (lethal) consequences to the cell, but a few were associated to disease susceptibility and phenotypic variations. Larger re-arrangements (i.e. complete chromosome gain) are frequently associated with more severe consequences on health such as genomic disorders and cancer. High-throughput technologies like DNA microarrays enable the detection of CNVs in a genome-wide fashion. Since the initial catalogue of CNVs in the human genome in 2006, there has been tremendous interest in CNVs both in the context of population and medical genetics. Understanding CNV patterns within and between human populations is essential to elucidate their possible contribution to disease. But genome analysis is a challenging task; the technology evolves rapidly creating needs for novel, efficient and robust analytical tools which need to be compared with existing ones. Also, while the link between CNV and disease has been established, the relative CNV contribution is not fully understood and the predisposition to disease from CNVs of the general population has not been yet investigated.During my PhD thesis, I worked on several aspects related to CNVs. As l will report in chapter 3, ! was interested in computational methods to detect CNVs from the general population. I had access to the CoLaus dataset, a population-based study with more than 6,000 participants from the Lausanne area. All these individuals were analysed on SNP arrays and extensive clinical information were available. My work explored existing CNV detection methods and I developed a variety of metrics to compare their performance. Since these methods were not producing entirely satisfactory results, I implemented my own method which outperformed two existing methods. I also devised strategies to combine CNVs from different individuals into CNV regions.I was also interested in the clinical impact of CNVs in common disease (chapter 4). Through an international collaboration led by the Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) and the Imperial College London I was involved as a main data analyst in the investigation of a rare deletion at chromosome 16p11 detected in obese patients. Specifically, we compared 8,456 obese patients and 11,856 individuals from the general population and we found that the deletion was accounting for 0.7% of the morbid obesity cases and was absent in healthy non- obese controls. This highlights the importance of rare variants with strong impact and provides new insights in the design of clinical studies to identify the missing heritability in common disease.Furthermore, I was interested in the detection of somatic copy number alterations (SCNA) and their consequences in cancer (chapter 5). This project was a collaboration initiated by the Ludwig Institute for Cancer Research and involved other groups from the Swiss Institute of Bioinformatics, the CHUV and Universities of Lausanne and Geneva. The focus of my work was to identify genes with altered expression levels within somatic copy number alterations (SCNA) in seven metastatic melanoma ceil lines, using CGH and SNP arrays, RNA-seq, and karyotyping. Very few SCNA genes were shared by even two melanoma samples making it difficult to draw any conclusions at the individual gene level. To overcome this limitation, I used a network-guided analysis to determine whether any pathways, defined by amplified or deleted genes, were common among the samples. Six of the melanoma samples were potentially altered in four pathways and five samples harboured copy-number and expression changes in components of six pathways. In total, this approach identified 28 pathways. Validation with two external, large melanoma datasets confirmed all but three of the detected pathways and demonstrated the utility of network-guided approaches for both large and small datasets analysis.RésuméBien que le génome de deux individus soit similaire à plus de 99.99%, des différences de structure peuvent être observées. Ces différences incluent les polymorphismes simples de nucléotides, les inversions et les changements en nombre de copies (gain ou perte d'ADN). Ces derniers varient de petits événements dits sous-microscopiques (moins de 1kb en taille), appelés CNVs (copy number variants) jusqu'à des événements plus large pouvant affecter des chromosomes entiers. Les petites variations sont généralement sans conséquence pour la cellule, toutefois certaines ont été impliquées dans la prédisposition à certaines maladies, et à des variations phénotypiques dans la population générale. Les réarrangements plus grands (par exemple, une copie additionnelle d'un chromosome appelée communément trisomie) ont des répercutions plus grave pour la santé, comme par exemple dans certains syndromes génomiques et dans le cancer. Les technologies à haut-débit telle les puces à ADN permettent la détection de CNVs à l'échelle du génome humain. La cartographie en 2006 des CNV du génome humain, a suscité un fort intérêt en génétique des populations et en génétique médicale. La détection de différences au sein et entre plusieurs populations est un élément clef pour élucider la contribution possible des CNVs dans les maladies. Toutefois l'analyse du génome reste une tâche difficile, la technologie évolue très rapidement créant de nouveaux besoins pour le développement d'outils, l'amélioration des précédents, et la comparaison des différentes méthodes. De plus, si le lien entre CNV et maladie a été établit, leur contribution précise n'est pas encore comprise. De même que les études sur la prédisposition aux maladies par des CNVs détectés dans la population générale n'ont pas encore été réalisées.Pendant mon doctorat, je me suis concentré sur trois axes principaux ayant attrait aux CNV. Dans le chapitre 3, je détaille mes travaux sur les méthodes d'analyses des puces à ADN. J'ai eu accès aux données du projet CoLaus, une étude de la population de Lausanne. Dans cette étude, le génome de plus de 6000 individus a été analysé avec des puces SNP et de nombreuses informations cliniques ont été récoltées. Pendant mes travaux, j'ai utilisé et comparé plusieurs méthodes de détection des CNVs. Les résultats n'étant pas complètement satisfaisant, j'ai implémenté ma propre méthode qui donne de meilleures performances que deux des trois autres méthodes utilisées. Je me suis aussi intéressé aux stratégies pour combiner les CNVs de différents individus en régions.Je me suis aussi intéressé à l'impact clinique des CNVs dans le cas des maladies génétiques communes (chapitre 4). Ce projet fut possible grâce à une étroite collaboration avec le Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) et l'Impérial College à Londres. Dans ce projet, j'ai été l'un des analystes principaux et j'ai travaillé sur l'impact clinique d'une délétion rare du chromosome 16p11 présente chez des patients atteints d'obésité. Dans cette collaboration multidisciplinaire, nous avons comparés 8'456 patients atteint d'obésité et 11 '856 individus de la population générale. Nous avons trouvés que la délétion était impliquée dans 0.7% des cas d'obésité morbide et était absente chez les contrôles sains (non-atteint d'obésité). Notre étude illustre l'importance des CNVs rares qui peuvent avoir un impact clinique très important. De plus, ceci permet d'envisager une alternative aux études d'associations pour améliorer notre compréhension de l'étiologie des maladies génétiques communes.Egalement, j'ai travaillé sur la détection d'altérations somatiques en nombres de copies (SCNA) et de leurs conséquences pour le cancer (chapitre 5). Ce projet fut une collaboration initiée par l'Institut Ludwig de Recherche contre le Cancer et impliquant l'Institut Suisse de Bioinformatique, le CHUV et les Universités de Lausanne et Genève. Je me suis concentré sur l'identification de gènes affectés par des SCNAs et avec une sur- ou sous-expression dans des lignées cellulaires dérivées de mélanomes métastatiques. Les données utilisées ont été générées par des puces ADN (CGH et SNP) et du séquençage à haut débit du transcriptome. Mes recherches ont montrées que peu de gènes sont récurrents entre les mélanomes, ce qui rend difficile l'interprétation des résultats. Pour contourner ces limitations, j'ai utilisé une analyse de réseaux pour définir si des réseaux de signalisations enrichis en gènes amplifiés ou perdus, étaient communs aux différents échantillons. En fait, parmi les 28 réseaux détectés, quatre réseaux sont potentiellement dérégulés chez six mélanomes, et six réseaux supplémentaires sont affectés chez cinq mélanomes. La validation de ces résultats avec deux larges jeux de données publiques, a confirmée tous ces réseaux sauf trois. Ceci démontre l'utilité de cette approche pour l'analyse de petits et de larges jeux de données.Résumé grand publicL'avènement de la biologie moléculaire, en particulier ces dix dernières années, a révolutionné la recherche en génétique médicale. Grâce à la disponibilité du génome humain de référence dès 2001, de nouvelles technologies telles que les puces à ADN sont apparues et ont permis d'étudier le génome dans son ensemble avec une résolution dite sous-microscopique jusque-là impossible par les techniques traditionnelles de cytogénétique. Un des exemples les plus importants est l'étude des variations structurales du génome, en particulier l'étude du nombre de copies des gènes. Il était établi dès 1959 avec l'identification de la trisomie 21 par le professeur Jérôme Lejeune que le gain d'un chromosome supplémentaire était à l'origine de syndrome génétique avec des répercussions graves pour la santé du patient. Ces observations ont également été réalisées en oncologie sur les cellules cancéreuses qui accumulent fréquemment des aberrations en nombre de copies (telles que la perte ou le gain d'un ou plusieurs chromosomes). Dès 2004, plusieurs groupes de recherches ont répertorié des changements en nombre de copies dans des individus provenant de la population générale (c'est-à-dire sans symptômes cliniques visibles). En 2006, le Dr. Richard Redon a établi la première carte de variation en nombre de copies dans la population générale. Ces découvertes ont démontrées que les variations dans le génome était fréquentes et que la plupart d'entre elles étaient bénignes, c'est-à-dire sans conséquence clinique pour la santé de l'individu. Ceci a suscité un très grand intérêt pour comprendre les variations naturelles entre individus mais aussi pour mieux appréhender la prédisposition génétique à certaines maladies.Lors de ma thèse, j'ai développé de nouveaux outils informatiques pour l'analyse de puces à ADN dans le but de cartographier ces variations à l'échelle génomique. J'ai utilisé ces outils pour établir les variations dans la population suisse et je me suis consacré par la suite à l'étude de facteurs pouvant expliquer la prédisposition aux maladies telles que l'obésité. Cette étude en collaboration avec le Centre Hospitalier Universitaire Vaudois a permis l'identification d'une délétion sur le chromosome 16 expliquant 0.7% des cas d'obésité morbide. Cette étude a plusieurs répercussions. Tout d'abord elle permet d'effectuer le diagnostique chez les enfants à naître afin de déterminer leur prédisposition à l'obésité. Ensuite ce locus implique une vingtaine de gènes. Ceci permet de formuler de nouvelles hypothèses de travail et d'orienter la recherche afin d'améliorer notre compréhension de la maladie et l'espoir de découvrir un nouveau traitement Enfin notre étude fournit une alternative aux études d'association génétique qui n'ont eu jusqu'à présent qu'un succès mitigé.Dans la dernière partie de ma thèse, je me suis intéressé à l'analyse des aberrations en nombre de copies dans le cancer. Mon choix s'est porté sur l'étude de mélanomes, impliqués dans le cancer de la peau. Le mélanome est une tumeur très agressive, elle est responsable de 80% des décès des cancers de la peau et est souvent résistante aux traitements utilisés en oncologie (chimiothérapie, radiothérapie). Dans le cadre d'une collaboration entre l'Institut Ludwig de Recherche contre le Cancer, l'Institut Suisse de Bioinformatique, le CHUV et les universités de Lausanne et Genève, nous avons séquencés l'exome (les gènes) et le transcriptome (l'expression des gènes) de sept mélanomes métastatiques, effectués des analyses du nombre de copies par des puces à ADN et des caryotypes. Mes travaux ont permis le développement de nouvelles méthodes d'analyses adaptées au cancer, d'établir la liste des réseaux de signalisation cellulaire affectés de façon récurrente chez le mélanome et d'identifier deux cibles thérapeutiques potentielles jusqu'alors ignorées dans les cancers de la peau.

Forensic intelligence for medicine anti-counterfeiting

Medicine counterfeiting is a crime that has increased in recent years and now involves the whole world. Health and economic repercussions have led pharmaceutical industries and agencies to develop many measures to protect genuine medicines and differentiate them from counterfeits. Detecting counterfeit is chemically relatively simple for the specialists, but much more information can be gained from the analyses in a forensic intelligence perspective. Analytical data can feed criminal investigation and law enforcement by detecting and understanding the criminal phenomenon. Profiling seizures using chemical and packaging data constitutes a strong way to detect organised production and industrialised forms of criminality, and is the focus of this paper. Thirty-three seizures of a commonly counterfeited type of capsule have been studied. The results of the packaging and chemical analyses were gathered within an organised database. Strong linkage was found between the seizures at the different production steps, indicating the presence of a main counterfeit network dominating the market. The interpretation of the links with circumstantial data provided information about the production and the distribution of counterfeits coming from this network. This forensic intelligence perspective has the potential to be generalised to other types of products. This may be the only reliable approach to help the understanding of the organised crime phenomenon behind counterfeiting and to enable efficient strategic and operational decision making in an attempt to dismantle counterfeit network.

Entropic transport in confined media: a challenge for computational studies in biological and soft-matter systems

Transport in small-scale biological and soft-matter systems typically occurs under confinement conditions in which particles proceed through obstacles and irregularities of the boundaries that may significantly alter their trajectories. A transport model that assimilates the confinement to the presence of entropic barriers provides an efficient approach to quantify its effect on the particle current and the diffusion coefficient. We review the main peculiarities of entropic transport and treat two cases in which confinement effects play a crucial role, with the appearance of emergent properties. The presence of entropic barriers modifies the mean first-passage time distribution and therefore plays a very important role in ion transport through micro- and nano-channels. The functionality of molecular motors, modeled as Brownian ratchets, is strongly affected when the motor proceeds in a confined medium that may constitute another source of rectification. The interplay between ratchet and entropic rectification gives rise to a wide variety of dynamical behaviors, not observed when the Brownian motor proceeds in an unbounded medium. Entropic transport offers new venues of transport control and particle manipulation and new ways to engineer more efficient devices for transport at the nanoscale.

Emotional intelligence and social interest : are they related constructs?

In the last 15 years, a new psychological construct has emerged in the field of psychology: Emotional Intelligence. Some models of Emotional Intelligence bear ressemblence with aspects of one of the core constructs of Adlerian Psychology: Social Interest. The authors investigated, if both constructs are also empirically related and which is their capacity to predict psychiatric symptoms and antisocial behavior. Results indicate that Social Interest and Emotional Intelligence are empirically different constructs; Social Interest was negatively correlated to aspects of antisocial attitudes (but not to antisocial behavior). Social Interest also failed to predict symptoms of psychological distress. Emotional Intelligence, in change, was a better predictor for mental problems than Social Interest. The results are discussed in view of the validity of Social Interest measurement.

An integrative computational analysis provides evidence for FBN1-associated network deregulation in trisomy 21

Although approximately 50% of Down Syndrome (DS) patients have heart abnormalities, they exhibit an overprotection against cardiac abnormalities related with the connective tissue, for example a lower risk of coronary artery disease. A recent study reported a case of a person affected by DS who carried mutations in FBN1, the gene causative for a connective tissue disorder called Marfan Syndrome (MFS). The fact that the person did not have any cardiac alterations suggested compensation effects due to DS. This observation is supported by a previous DS meta-analysis at the molecular level where we have found an overall upregulation of FBN1 (which is usually downregulated in MFS). Additionally, that result was cross-validated with independent expression data from DS heart tissue. The aim of this work is to elucidate the role of FBN1 in DS and to establish a molecular link to MFS and MFS-related syndromes using a computational approach. To reach that, we conducted different analytical approaches over two DS studies (our previous meta-analysis and independent expression data from DS heart tissue) and revealed expression alterations in the FBN1 interaction network, in FBN1 co-expressed genes and FBN1-related pathways. After merging the significant results from different datasets with a Bayesian approach, we prioritized 85 genes that were able to distinguish control from DS cases. We further found evidence for several of these genes (47%), such as FBN1, DCN, and COL1A2, being dysregulated in MFS and MFS-related diseases. Consequently, we further encourage the scientific community to take into account FBN1 and its related network for the study of DS cardiovascular characteristics.

Trois premiers livres de la Métamorphose d'Ovide , traduictz en vers françois, le premier et second par Cl. Marot, le tiers par B. Aneau, mythologizez par allégories... recueillies des bons autheurs grecs et latins... avec une préparation de voie à la lecture et intelligence des poètes fabuleux

[Les métamorphoses (français moyen). 1556]

Estudio del Business Intelligence y desarrollo de un Cuadro de Mando para el Análisis de Ventas

El Business Intelligence ha pasado en los últimos 20 años de ser un capricho de unos pocos CIO, que podían permitirse destinar partidas presupuestarias para tal efecto, a convertirse en una realidad ya presente en muchas de las grandes empresas o una necesidad urgente para las que todavía no han implantado un sistema de esas características.La primera parte del presente documento, denominada “Estudio del Business Intelligence”, presenta una introducción a dicho concepto, desde la base. Explicando los conceptos teóricos clave necesarios para entender este tipo de soluciones, más adelante se comentan los componentes tecnológicos que van desde los procesos de extracción e integración de información a cómo debemos estructurar la información para facilitar el análisis. Por último, se repasan los diferentes tipos de aplicaciones que existen en el mercado así como las tendencias más actuales en este campo.La segunda parte del documento centra su foco en la implantación de un Cuadro de Mandos para el análisis de las ventas de una empresa, se identifican las diferentes fases del proyecto así como se entra en detalle de los requerimientos identificados. En último lugar, se presenta el desarrollo realizado del Cuadro de Mandos con tecnología Xcelsius, que permite exportar a flash el resultado y visualizarlo en cualquier navegador web.

Computational analysis of the genetic and environmental contributions to disease-related human phenotypes: From predicting adverse lipid response of HIV patients receiving antiretroviral therapy to genome-wide association studies of cardiovascular and lipid related disorders

Genetic variants influence the risk to develop certain diseases or give rise to differences in drug response. Recent progresses in cost-effective, high-throughput genome-wide techniques, such as microarrays measuring Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs), have facilitated genotyping of large clinical and population cohorts. Combining the massive genotypic data with measurements of phenotypic traits allows for the determination of genetic differences that explain, at least in part, the phenotypic variations within a population. So far, models combining the most significant variants can only explain a small fraction of the variance, indicating the limitations of current models. In particular, researchers have only begun to address the possibility of interactions between genotypes and the environment. Elucidating the contributions of such interactions is a difficult task because of the large number of genetic as well as possible environmental factors.In this thesis, I worked on several projects within this context. My first and main project was the identification of possible SNP-environment interactions, where the phenotypes were serum lipid levels of patients from the Swiss HIV Cohort Study (SHCS) treated with antiretroviral therapy. Here the genotypes consisted of a limited set of SNPs in candidate genes relevant for lipid transport and metabolism. The environmental variables were the specific combinations of drugs given to each patient over the treatment period. My work explored bioinformatic and statistical approaches to relate patients' lipid responses to these SNPs, drugs and, importantly, their interactions. The goal of this project was to improve our understanding and to explore the possibility of predicting dyslipidemia, a well-known adverse drug reaction of antiretroviral therapy. Specifically, I quantified how much of the variance in lipid profiles could be explained by the host genetic variants, the administered drugs and SNP-drug interactions and assessed the predictive power of these features on lipid responses. Using cross-validation stratified by patients, we could not validate our hypothesis that models that select a subset of SNP-drug interactions in a principled way have better predictive power than the control models using "random" subsets. Nevertheless, all models tested containing SNP and/or drug terms, exhibited significant predictive power (as compared to a random predictor) and explained a sizable proportion of variance, in the patient stratified cross-validation context. Importantly, the model containing stepwise selected SNP terms showed higher capacity to predict triglyceride levels than a model containing randomly selected SNPs. Dyslipidemia is a complex trait for which many factors remain to be discovered, thus missing from the data, and possibly explaining the limitations of our analysis. In particular, the interactions of drugs with SNPs selected from the set of candidate genes likely have small effect sizes which we were unable to detect in a sample of the present size (<800 patients).In the second part of my thesis, I performed genome-wide association studies within the Cohorte Lausannoise (CoLaus). I have been involved in several international projects to identify SNPs that are associated with various traits, such as serum calcium, body mass index, two-hour glucose levels, as well as metabolic syndrome and its components. These phenotypes are all related to major human health issues, such as cardiovascular disease. I applied statistical methods to detect new variants associated with these phenotypes, contributing to the identification of new genetic loci that may lead to new insights into the genetic basis of these traits. This kind of research will lead to a better understanding of the mechanisms underlying these pathologies, a better evaluation of disease risk, the identification of new therapeutic leads and may ultimately lead to the realization of "personalized" medicine.

Computational and Energy Costs of Cryptographic Algorithms on Handheld Devices

Networks are evolving toward a ubiquitous model in which heterogeneousdevices are interconnected. Cryptographic algorithms are required for developing securitysolutions that protect network activity. However, the computational and energy limitationsof network devices jeopardize the actual implementation of such mechanisms. In thispaper, we perform a wide analysis on the expenses of launching symmetric and asymmetriccryptographic algorithms, hash chain functions, elliptic curves cryptography and pairingbased cryptography on personal agendas, and compare them with the costs of basic operatingsystem functions. Results show that although cryptographic power costs are high and suchoperations shall be restricted in time, they are not the main limiting factor of the autonomyof a device.