Minimization of biosynthetic costs in adaptive gene expression responses of yeast to environmental changes

Yeast successfully adapts to an environmental stress by altering physiology and fine-tuning metabolism. This fine-tuning is achieved through regulation of both gene expression and protein activity, and it is shaped by various physiological requirements. Such requirements impose a sustained evolutionary pressure that ultimately selects a specific gene expression profile, generating a suitable adaptive response to each environmental change. Although some of the requirements are stress specific, it is likely that others are common to various situations. We hypothesize that an evolutionary pressure for minimizing biosynthetic costs might have left signatures in the physicochemical properties of proteins whose gene expression is fine-tuned during adaptive responses. To test this hypothesis we analyze existing yeast transcriptomic data for such responses and investigate how several properties of proteins correlate to changes in gene expression. Our results reveal signatures that are consistent with a selective pressure for economy in protein synthesis during adaptive response of yeast to various types of stress. These signatures differentiate two groups of adaptive responses with respect to how cells manage expenditure in protein biosynthesis. In one group, significant trends towards downregulation of large proteins and upregulation of small ones are observed. In the other group we find no such trends. These results are consistent with resource limitation being important in the evolution of the first group of stress responses.

MPRO-Spanish: development and experiments with a linguistic parser for Spanish texts

This paper describes the main features and present results of MPRO-Spanish, a parser for morphological and syntactic analysis of unrestricted Spanish text developed at the IAI1. This parser makes direct use of X-phrase structure rules to handle a variety of patterns from derivational morphology and syntactic structure. Both analyses, morphological and syntactic, are realised by two subsequent modules. One module analyses and disambiguates the source words at morphological level while the other consists of a series of programs and a deterministic, procedural and explicit grammar. The article explains the main features of MPRO and resumes some of the experiments on some of its applications, some of which still being implemented like the monolingual and bilingual term extraction while others need further work like indexing. The results and applications obtained so far with simple and relatively complex sentences give us grounds to believe in its reliability.

Development and application of computational methodologies in qualitative modeling

La présente thèse s'intitule "Développent et Application des Méthodologies Computationnelles pour la Modélisation Qualitative". Elle comprend tous les différents projets que j'ai entrepris en tant que doctorante. Plutôt qu'une mise en oeuvre systématique d'un cadre défini a priori, cette thèse devrait être considérée comme une exploration des méthodes qui peuvent nous aider à déduire le plan de processus regulatoires et de signalisation. Cette exploration a été mue par des questions biologiques concrètes, plutôt que par des investigations théoriques. Bien que tous les projets aient inclus des systèmes divergents (réseaux régulateurs de gènes du cycle cellulaire, réseaux de signalisation de cellules pulmonaires) ainsi que des organismes (levure à fission, levure bourgeonnante, rat, humain), nos objectifs étaient complémentaires et cohérents. Le projet principal de la thèse est la modélisation du réseau de l'initiation de septation (SIN) du S.pombe. La cytokinèse dans la levure à fission est contrôlée par le SIN, un réseau signalant de protéines kinases qui utilise le corps à pôle-fuseau comme échafaudage. Afin de décrire le comportement qualitatif du système et prédire des comportements mutants inconnus, nous avons décidé d'adopter l'approche de la modélisation booléenne. Dans cette thèse, nous présentons la construction d'un modèle booléen étendu du SIN, comprenant la plupart des composantes et des régulateurs du SIN en tant que noeuds individuels et testable expérimentalement. Ce modèle utilise des niveaux d'activité du CDK comme noeuds de contrôle pour la simulation d'évènements du SIN à différents stades du cycle cellulaire. Ce modèle a été optimisé en utilisant des expériences d'un seul "knock-out" avec des effets phénotypiques connus comme set d'entraînement. Il a permis de prédire correctement un set d'évaluation de "knock-out" doubles. De plus, le modèle a fait des prédictions in silico qui ont été validées in vivo, permettant d'obtenir de nouvelles idées de la régulation et l'organisation hiérarchique du SIN. Un autre projet concernant le cycle cellulaire qui fait partie de cette thèse a été la construction d'un modèle qualitatif et minimal de la réciprocité des cyclines dans la S.cerevisiae. Les protéines Clb dans la levure bourgeonnante présentent une activation et une dégradation caractéristique et séquentielle durant le cycle cellulaire, qu'on appelle communément les vagues des Clbs. Cet évènement est coordonné avec la courbe d'activation inverse du Sic1, qui a un rôle inhibitoire dans le système. Pour l'identification des modèles qualitatifs minimaux qui peuvent expliquer ce phénomène, nous avons sélectionné des expériences bien définies et construit tous les modèles minimaux possibles qui, une fois simulés, reproduisent les résultats attendus. Les modèles ont été filtrés en utilisant des simulations ODE qualitatives et standardisées; seules celles qui reproduisaient le phénotype des vagues ont été gardées. L'ensemble des modèles minimaux peut être utilisé pour suggérer des relations regulatoires entre les molécules participant qui peuvent ensuite être testées expérimentalement. Enfin, durant mon doctorat, j'ai participé au SBV Improver Challenge. Le but était de déduire des réseaux spécifiques à des espèces (humain et rat) en utilisant des données de phosphoprotéines, d'expressions des gènes et des cytokines, ainsi qu'un réseau de référence, qui était mis à disposition comme donnée préalable. Notre solution pour ce concours a pris la troisième place. L'approche utilisée est expliquée en détail dans le dernier chapitre de la thèse. -- The present dissertation is entitled "Development and Application of Computational Methodologies in Qualitative Modeling". It encompasses the diverse projects that were undertaken during my time as a PhD student. Instead of a systematic implementation of a framework defined a priori, this thesis should be considered as an exploration of the methods that can help us infer the blueprint of regulatory and signaling processes. This exploration was driven by concrete biological questions, rather than theoretical investigation. Even though the projects involved divergent systems (gene regulatory networks of cell cycle, signaling networks in lung cells), as well as organisms (fission yeast, budding yeast, rat, human), our goals were complementary and coherent. The main project of the thesis is the modeling of the Septation Initiation Network (SIN) in S.pombe. Cytokinesis in fission yeast is controlled by the SIN, a protein kinase signaling network that uses the spindle pole body as scaffold. In order to describe the qualitative behavior of the system and predict unknown mutant behaviors we decided to adopt a Boolean modeling approach. In this thesis, we report the construction of an extended, Boolean model of the SIN, comprising most SIN components and regulators as individual, experimentally testable nodes. The model uses CDK activity levels as control nodes for the simulation of SIN related events in different stages of the cell cycle. The model was optimized using single knock-out experiments of known phenotypic effect as a training set, and was able to correctly predict a double knock-out test set. Moreover, the model has made in silico predictions that have been validated in vivo, providing new insights into the regulation and hierarchical organization of the SIN. Another cell cycle related project that is part of this thesis was to create a qualitative, minimal model of cyclin interplay in S.cerevisiae. CLB proteins in budding yeast present a characteristic, sequential activation and decay during the cell cycle, commonly referred to as Clb waves. This event is coordinated with the inverse activation curve of Sic1, which has an inhibitory role in the system. To generate minimal qualitative models that can explain this phenomenon, we selected well-defined experiments and constructed all possible minimal models that, when simulated, reproduce the expected results. The models were filtered using standardized qualitative ODE simulations; only the ones reproducing the wave-like phenotype were kept. The set of minimal models can be used to suggest regulatory relations among the participating molecules, which will subsequently be tested experimentally. Finally, during my PhD I participated in the SBV Improver Challenge. The goal was to infer species-specific (human and rat) networks, using phosphoprotein, gene expression and cytokine data and a reference network provided as prior knowledge. Our solution to the challenge was selected as in the final chapter of the thesis.

Research resource: the dynamic transcriptional profile of sertoli cells during the progression of spermatogenesis.

Sertoli cells (SCs), the only somatic cells within seminiferous tubules, associate intimately with developing germ cells. They not only provide physical and nutritional support but also secrete factors essential to the complex developmental processes of germ cell proliferation and differentiation. The SC transcriptome must therefore adapt rapidly during the different stages of spermatogenesis. We report comprehensive genome-wide expression profiles of pure populations of SCs isolated at 5 distinct stages of the first wave of mouse spermatogenesis, using RNA sequencing technology. We were able to reconstruct about 13 901 high-confidence, nonredundant coding and noncoding transcripts, characterized by complex alternative splicing patterns with more than 45% comprising novel isoforms of known genes. Interestingly, roughly one-fifth (2939) of these genes exhibited a dynamic expression profile reflecting the evolving role of SCs during the progression of spermatogenesis, with stage-specific expression of genes involved in biological processes such as cell cycle regulation, metabolism and energy production, retinoic acid synthesis, and blood-testis barrier biogenesis. Finally, regulatory network analysis identified the transcription factors endothelial PAS domain-containing protein 1 (EPAS1/Hif2α), aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator (ARNT/Hif1β), and signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1) as potential master regulators driving the SC transcriptional program. Our results highlight the plastic transcriptional landscape of SCs during the progression of spermatogenesis and provide valuable resources to better understand SC function and spermatogenesis and its related disorders, such as male infertility.

The resource-based view of the firm - resources, capabilities and sustainable competitive advantage

The main objective of this research paper was to synthesize, integrate and analyze the theoretical foundation of the resource-based view of the firm on sustainable competitive advantage. Accordingly, this research was a literature research employing the methodology of interpretative study of concept and unobtrusive measures. The core and majority of the research data was gathered from the major online journal databases. Only peer-reviewed articles from highly-esteemed journals on the subject of competitive advantage were used. The theoretical core of the research paper was centred on resources, capabilities, and the sustainability dilemma of competitive advantage. Furthermore, other strategic management concepts relating to the resource-based view of the firm were used with reference to the research objectives. The resource-based view of the firm continues to be a controversial but important are of strategic management research on sustainable competitive advantage. Consequently, the theoretical foundation and the empirical testing of the framework needs further work. However, it is evident that internal organizational factors in the form of resources and capabilities are vital for the formation of sustainable competitive advantage. Resources and capabilities are not, however, valuable on their own - competitive advantage requires seamless interplay and complementarity between bundles of resources and capabilities.

Epistemological tensions between linguistic description and ordinary speakers' intuitive knowledge: examples from French verb morphology

In this article, I address epistemological questions regarding the status of linguistic rules and the pervasive--though seldom discussed--tension that arises between theory-driven object perception by linguists on the one hand, and ordinary speakers' possible intuitive knowledge on the other hand. Several issues will be discussed using examples from French verb morphology, based on the 6500 verbs from Le Petit Robert dictionary (2013).

Universities as an Insourcing Resource in R&D Operations

Tutkimuksen tavoitteena on arvioida ja analysoida yliopistojen ja yritysten välistä yhteistyötä tutkimus- ja kehitystoiminnassa. Teoriapohjan ja kohdeyrityksen case esimerkin avulla on tarkoitus selvittää kriittiset tekijät yhteistyössä sekä rakentaa tulosten perusteella viitekehys näiden kahden osapuolen yhteistyön onnistumiseksi. Teoriatausta käsittelee osapuolten tärkeimpiä strategioita yhteistyön kannalta, yhteistyön yleisiä ominaisuuksia, vuorovaikutussuhteita niin ympäristöön, toimintoihin kuin osapuoliinkin. Teoriaosuus tukee empiiristä tutkimusta, jossa perehdytään yhteen kansalliseen 3G projektiin Soneran ja Jyväskylän yliopiston välillä. Yrityksen ja yliopiston välinen yhteistyö on hyvin yleistä Suomessa. Motivoivia tekijöitä ovat muun muassa Tekesin kannustava rahoitus ja yhteistyön edullisuus, osapuolten keskittyminen omaan ydinosaamiseensa, tiedon tuotteistuksen ja uusien teorioiden luomisen mahdollisuus, positiiviset vaikutukset markkina-arvoon, imagolliset tekijät sekä varautuminen tulevaisuuden trendeihin.

Radio Resource Management across UMTS Radio Network Subsystems

UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), esimerkkinä kolmannen sukupolven matkapuhelinjärjestelmästä pyrkii toistamaan GSM:n (Global System for Mobile Communications) menestyksen. UMTS:n kaupallinen toiminta on parhaillaan alkamassa ja ensimmäinen kaupallinen verkko on jo aloittanut toimintansa Japanissa. Tämä diplomityö antaa yleiskuvan UMTS:stä keskittyen radioverkkojärjestelmän (UMTS Terrestrial Radio Access Network,UTRAN) radioresurssien hallintaan (Radio Resource Management, RRM). Työssä kuvataan radiorajapintojen toimintaa, mutta diplomityön pääaiheena on kuitenkin radioresurssien hallinta UMTS radioaliverkkojärjestelmien ylitse. Radioresurssien hallinta pitää sisällään joukon proseduureja, jotka vaikuttavat koko UTRAN:in rakenteen lävitse. On hyvin tärkeää saavuttaa oikea toiminnallisuus hajautettujen radioresurssien hallintaan jotta voitaisiin saavuttaa paras yhteyden laatu loppukäyttäjälle. Työssä käydään yksityiskohtaisesti lävitse radioresurssien hallinnan perusperiaatteet ja joukko proseduureja. RNSAP (Radio Network Subsystem Application Part) protokollaa tarkastellaan työssä esimerkkinä protokollasta joka osallistuu radioresurssien hallintaprosessiin.

Transport Resource Management within UMTS Radio Network Subsystem

Tällä hetkellä haastavin telekommunikaatioteollisuuden tutkimus – ja kehitystoiminta on keskittynyt kolmannen sukupolven matkapuhelinjärjestelmien ympärille. Järjestelmien standardointityössä on saatu aikaiseksi ensimmäiset vakaat spesifikaatioversiot ja kaupallista toimintaa ollaan parhaillaan aloittelemassa Japanissa ja Euroopassa. Eräs kolmannen sukupolven järjestelmistä on UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Tämä diplomityö antaa yleiskuvan UMTS järjestelmästä ja sen eri verkkoelementtien toiminnallisuuksista. Päähuomio on kiinnitetty radioverkkojärjestelmään (UMTS Terrestrial Radio Access Network) ja erityisesti sen radioaliverkkojärjestelmään (Radio Network Subsystem), joka koostuu radioverkonohjaimesta (Radio Network Controller) ja joukosta siihen kuuluvia tukiasemia (Node B). Radioverkonohjain ja tukiasemat on yhdistetty avoimen rajapinnan kautta jota kutsutaan Iub -rajapinnaksi. Rajapinta tarjoaa radioverkonohjaimelle mahdollisuuden kontrolloida tukiasemia signalointiviestien avulla ja mahdollistaa tehokkaan ja luotettavan käyttäjätiedon siirron radioaliverkkojärjestelmän sisällä. Tämän diplomityön pääasiallinen sisältö on siirtoresurssien hallinta Iub -rajapinnan ylitse. Työssä esitellään ja selitetään siirtoverkon arkkitehtuuri. Myös kaikki Iub:ssä sijaitsevat protokollat ja toiminnalliset yksiköt jotka vaikuttavat siirtoresurssien hallintaan esitellään ja kuvataan yksityiskohtaisesti. Päähuomio on kiinnitetty sovellusprotokolliin sekä rajapinnan siirtoverkko- että radioverkkokerroksella sekä näiden protokollien väliseen vuorovaikutukseen. Kyseiset protokollat ovat Node B Application Part (NBAP) ja Access Link Control Application Part (ALCAP). Työn toteutusosassa käydään lävitse NBAP –protokollan prototyypin ja Node B Manager –toiminnallisen yksikön prototyypin implementaatio.

Computational modeling of resting-state activity demonstrates markers of normalcy in children with prenatal or perinatal stroke.

Children who sustain a prenatal or perinatal brain injury in the form of a stroke develop remarkably normal cognitive functions in certain areas, with a particular strength in language skills. A dominant explanation for this is that brain regions from the contralesional hemisphere "take over" their functions, whereas the damaged areas and other ipsilesional regions play much less of a role. However, it is difficult to tease apart whether changes in neural activity after early brain injury are due to damage caused by the lesion or by processes related to postinjury reorganization. We sought to differentiate between these two causes by investigating the functional connectivity (FC) of brain areas during the resting state in human children with early brain injury using a computational model. We simulated a large-scale network consisting of realistic models of local brain areas coupled through anatomical connectivity information of healthy and injured participants. We then compared the resulting simulated FC values of healthy and injured participants with the empirical ones. We found that the empirical connectivity values, especially of the damaged areas, correlated better with simulated values of a healthy brain than those of an injured brain. This result indicates that the structural damage caused by an early brain injury is unlikely to have an adverse and sustained impact on the functional connections, albeit during the resting state, of damaged areas. Therefore, these areas could continue to play a role in the development of near-normal function in certain domains such as language in these children.

Success Factors of an Enterprise Resource Planning System

Työn tarkoituksena oli tutkia yrityksen eri yksiköiden toiminnaohjausjärjestelmiä sekä verrata niiden menestystekijöitä Adelakunin malliin tietojärjestelmien laatuulottuvuuksista. Siinä järjestelmän kokonaislaatu jaetaan liiketoiminnalliseen, tekniseen ja käyttäjän kokemaan laatuun. Tulosten perusteella oli myös tavoitteena kehittää kyseisen toiminnanojausjärjestelmän kehittämistä varten malli onnistumistekijöiden keskinäisestä riippuvuudesta. Tutkittavista järjestelmistä ja niiden käytöstä kerättiin tietoja käyttöönottoprojektien dokumentaatiosta, haastatteluin, kyselylomakkein ja järjestelmäanalyysein. Sekä loppukäyttäjät että yritysjohto olivat kyselyjen ja haastattelujen kohderyhmänä. Saatuja tietoja arvioitiin Adelakunin kolmiulotteisen tietojärjestelmän laatutekijämallin mukaisesti ja keskeisiä menestystekijöitä etsittiin. Tutkituissa tapauksissa tietojärjestelmien menestyksen taustalta löytyi alan kirjallisuuden kanssa yhtäpitäviä tekijöitä. Myös Adelakunin laatu-ulottuvuusmalli osoittautui validiksi tutkituissa tapauksissa. Keskeisten menestystekijöiden välisistä vuorovaikutussuhteista rakennettiin malli, jota voidaan hyödyntää kyseisen järjestelmän jatkokehityksessä.

Henkilöstön kehittäminen henkilöstön silmin, Case Oy Gust. Ranin

Tässä tutkielmassa on tarkasteltu case- yrityksen henkilöstön näkemyksiä henkilöstön kehittämisestä sekä case- yrityksen kehittämisestä. Tutkielman tavoitteena on ollut selvittää kuinka Oy Gust. Raninin henkilöstöä voitaisiin kehittää, jotta yritys kykenisi kehittämään toimintojaan, lisäämään työntekijöiden viihtyvyyttä ja ammattitaitoa sekä vastaamaan kilpailuun. Tutkimus on laadullinen case- tutkimus. Tutkimusmenetelmänä on käytetty teemahaastatteluja, joita tehtiin case- yrityksen eri henkilöstöryhmien edustajille. Tutkimus tehtiin Oy Gust. Raninille. Henkilöstön mielestä parhaita tapoja kehittää osaamista ovat erilaiset yrityksen ulkopuolisen ammattilaisen pitämät läheisesti työtehtäviin liittyvät kurssit joilta saa mukaan kurssimateriaalia. Työntekijät haluavat itse valita ne kurssit joihin he osallistuvat. Toinen suosittu kehittämistapa on työn- tai tehtävien kierto. Suurimmaksi ongelmakohdaksi koettiin puutteellinen tiedonkulku sekä esimiehiltä alaisille että työntekijöiden välillä. Muita kehittämiskohteita ovat atk- taidot sekä kielitaito. Henkilöstön suhtautuminen kaikenlaisiin kehittämistoimiin on positiivista ja henkilöstö on halukas kehittämään työtehtäviään.

Computational toolbox towards evolutionary domain mapping of membrane proteins

Membrane proteins account for about 20% to 30% of all proteins encoded in a typical genome. They play central roles in multiple cellular processes mediating the interaction of the cell with its surrounding. Over 60% of all drug targets contain a membrane domain. The experimental difficulties of obtaining a crystal structural severely limits our ability or understanding of membrane protein function. Computational evolutionary studies of proteins are crucial for the prediction of 3D structures. In this project, we construct a tool able to quantify the evolutionary positive selective pressure on each residue of membrane proteins through maximum likelihood phylogeny reconstruction. The conservation plot combined with a structural homology model is also a potent tool to predict those residues that have essentials roles in the structure and function of a membrane protein and can be very useful in the design of validation experiments.