High-sensitivity array analysis of gene expression for the early detection of disseminated breast tumor cells in peripheral blood

Early detection is an effective means of reducing cancer mortality. Here, we describe a highly sensitive high-throughput screen that can identify panels of markers for the early detection of solid tumor cells disseminated in peripheral blood. The method is a two-step combination of differential display and high-sensitivity cDNA arrays. In a primary screen, differential display identified 170 candidate marker genes differentially expressed between breast tumor cells and normal breast epithelial cells. In a secondary screen, high-sensitivity arrays assessed expression levels of these genes in 48 blood samples, 22 from healthy volunteers and 26 from breast cancer patients. Cluster analysis identified a group of 12 genes that were elevated in the blood of cancer patients. Permutation analysis of individual genes defined five core genes (P ≤ 0.05, permax test). As a group, the 12 genes generally distinguished accurately between healthy volunteers and patients with breast cancer. Mean expression levels of the 12 genes were elevated in 77% (10 of 13) untreated invasive cancer patients, whereas cluster analysis correctly classified volunteers and patients (P = 0.0022, Fisher's exact test). Quantitative real-time PCR confirmed array results and indicated that the sensitivity of the assay (1:2 × 108 transcripts) was sufficient to detect disseminated solid tumor cells in blood. Expression-based blood assays developed with the screening approach described here have the potential to detect and classify solid tumor cells originating from virtually any primary site in the body.

An orchestrated gene expression component of neuronal programmed cell death revealed by cDNA array analysis

Programmed cell death (PCD) during neuronal development and disease has been shown to require de novo RNA synthesis. However, the time course and regulation of target genes is poorly understood. By using a brain-biased array of over 7,500 cDNAs, we profiled this gene expression component of PCD in cerebellar granule neurons challenged separately by potassium withdrawal, combined potassium and serum withdrawal, and kainic acid administration. We found that hundreds of genes were significantly regulated in discreet waves including known genes whose protein products are involved in PCD. A restricted set of genes was regulated by all models, providing evidence that signals inducing PCD can regulate large assemblages of genes (of which a restricted subset may be shared in multiple pathways).

Induction and repression of DAN1 and the family of anaerobic mannoprotein genes in Saccharomyces cerevisiae occurs through a complex array of regulatory sites

The DAN/TIR mannoprotein genes of Saccharomyces cerevisiae (DAN1, DAN2, DAN3, DAN4, TIR1, TIR2, TIR3 and TIR4) are expressed in anaerobic cells while the predominant cell wall proteins Cwp1 and Cwp2 are down-regulated. Elements involved in activation and repression of the DAN/TIR genes were defined in this study, using the DAN1 promoter as a model. Nested deletions in a DAN1/lacZ reporter pinpointed regions carrying activation and repression elements. Inspection revealed two consensus sequences subsequently shown to be independent anaerobic response elements (AR1, consensus TCGTTYAG; AR2, consensus AAAAATTGTTGA). AR1 is found in all of the DAN/TIR promoters; AR2 is found in DAN1, DAN2 and DAN3. A 120 bp segment carrying two copies of AR1 preferentially activated transcription of lacZ under anaerobic conditions. A fusion of three synthetic copies of AR1 to MEL1 was also expressed anaerobically. Mutations in either AR1 site within the 120 bp segment caused a drastic loss of expression, indicating that both are necessary for activation and implying cooperativity between adjacent transcriptional activation complexes. A single AR2 site carried on a 46 bp fragment from the DAN1 promoter activated lacZ transcription under anaerobic conditions, as did a 26 bp synthetic AR2 fragment fused to MEL1. Nucleotide substitutions within the AR2 sequence eliminated the activity of the 46 bp segment. Ablation of the AR2 sequences in the full promoter caused a partial reduction of expression. The presence of the ATTGTT core (recognized by HMG proteins) in the AR2 sequence suggests that an HMG protein may activate through AR2. One region was implicated in aerobic repression of DAN1. It contains sites for the heme-induced Mot3 and Rox1 repressors.

A novel application of gene arrays: Escherichia coli array provides insight into the biology of the obligate endosymbiont of tsetse flies

Symbiotic associations with microorganisms are pivotal in many insects. Yet, the functional roles of obligate symbionts have been difficult to study because it has not been possible to cultivate these organisms in vitro. The medically important tsetse fly (Diptera: Glossinidae) relies on its obligate endosymbiont, Wigglesworthia glossinidia, a member of the Enterobacteriaceae, closely related to Escherichia coli, for fertility and possibly nutrition. We show here that the intracellular Wigglesworthia has a reduced genome size smaller than 770 kb. In an attempt to understand the composition of its genome, we used the gene arrays developed for E. coli. We were able to identify 650 orthologous genes in Wigglesworthia corresponding to ≈85% of its genome. The arrays were also applied for expression analysis using Wigglesworthia cDNA and 61 gene products were detected, presumably coding for some of its most abundant products. Overall, genes involved in cell processes, DNA replication, transcription, and translation were found largely retained in the small genome of Wigglesworthia. In addition, genes coding for transport proteins, chaperones, biosynthesis of cofactors, and some amino acids were found to comprise a significant portion, suggesting an important role for these proteins in its symbiotic life. Based on its expression profile, we predict that Wigglesworthia may be a facultative anaerobic organism that utilizes ammonia as its major source of nitrogen. We present an application of E. coli gene arrays to obtain broad genome information for a closely related organism in the absence of complete genome sequence data.

Evidence from disruption of the lmcpb gene array of Leishmania mexicana that cysteine proteinases are virulence factors.

The mammalian form of the protozoan parasite Leishmania mexicana contains high activity of a cysteine proteinase (LmCPb) encoded on a tandem array of 19 genes (lmcpb). Homozygous null mutants for lmcpb have been produced by targeted gene disruption. All life-cycle stages of the mutant can be cultured in vitro, demonstrating that the gene is not essential for growth or differentiation of the parasite. However, the mutant exhibits a marked phenotype affecting virulence-- its infectivity to macrophages is reduced by 80%. The mutants are as efficient as wild-type parasites in invading macrophages but they only survive in a small proportion of the cells. However, those parasites that successfully infect these macrophages grow normally. Despite their reduced virulence, the mutants are still able to produce subcutaneous lesions in mice, albeit at a slower rate than wild-type parasites. The product of a single copy of lmcpb re-expressed in the null mutant was enzymatically active and restored infectivity toward macrophages to wild-type levels. Double null mutants created for lmcpb and lmcpa (another cathepsin L-like cysteine proteinase) have a similar phenotype to the lmcpb null mutant, showing that LmCPa does not compensate for the loss of LmCPb.

Efeitos da diabetes mellitus e hipertensão arterial sobre a audição de idosos

Introdução: Estudos têm demonstrado que doenças crônicas e alterações metabólicas podem atuar como fator de aceleração na degeneração do sistema auditivo decorrente da idade. Todavia, os estudos sobre a associação entre a perda auditiva com o diabetes mellitus (DM) e com a hipertensão arterial (HA) em idosos mostraram conclusões controversas. Sendo assim, novos estudos sobre este assunto são necessários, a fim de esclarecer o efeito destas doenças crônicas sobre o sistema auditivo. Objetivos: Comparar uma audiometria inicial (A1) com uma audiometria sequencial (A2) realizada com um intervalo de 3 a 4 anos em uma população de idosos portadores de DM e/ou HA; realizar um estudo comparativo entre quatro grupos de idosos: grupo controle (GC), formado por idosos sem alterações crônicas, grupo de idosos portadores de DM; grupo de idosos portadores de HA, grupo de idosos portadores de DM e HA. Métodos: Foi realizado um levantamento em 901 prontuários do Estudo Longitudinal de Saúde Auditiva do Adulto (ELSAA), de indivíduos atendidos no Hospital Universitário (HU) da Universidade de São Paulo, no período de 2009 a 2015. De acordo com os critérios de inclusão, foram selecionados 100 indivíduos para participarem da presente pesquisa. A avaliação inicial (A1), constando de anamnese, audiometria tonal e imitânciometria foram utilizadas e foi feita uma nova avaliação audiológica (A2) após o período de 3 a 4 anos. Os participantes foram distribuídos em quatro grupos: 20 indivíduos portadores de DM (grupo DM), 20 indivíduos portadores de HA (grupo HA), 20 indivíduos portadores de DM e HA (grupo DMHA) e 40 indivíduos não portadores de DM nem de HA (GC). Para cada grupo estudo (HA, DM e DMHA), foram selecionados indivíduos (entre os 40 do GC) de forma a parear as características referentes a idade e sexo. Foram utilizados os testes estatísticos ANOVA, teste exato de Fisher e Kruskal-Wallis, com nível de significância de 0,05. Foi também calculada a odds ratio, com intervalo de confiança de 95%. Resultados: Não houve diferença estatisticamente significante entre as orelhas para nenhum dos grupos; sendo assim, as orelhas direita e esquerda foram agrupadas para as outras comparações. Na comparação da média de aumento anual dos limiares auditivos da primeira avaliação A1 com a segunda avaliação A2 entre os grupos, pode-se observar que para o grupo DM, não houve diferença estatisticamente significante para nenhuma das frequências avaliadas, quando comparado ao seu respectivo controle; para o grupo HA foram observadas diferenças significantes a partir de 4kHz, bem como tendência à diferença estatisticamente significante em 3 kHz, quando comparado a seu respectivo controle. Já para o grupo DMHA, quando comparado a seu grupo controle, foram observadas diferenças significantes nas frequências de 500, 2k, 3k e 8kHz, além de tendência à diferença estatisticamente significante em 4k e 6kHz. Considerando-se os casos novos de perda auditiva, pode-se observar que houve diferença estatisticamente significante apenas para o grupo HA, para as frequências altas. Verificou-se também que, para as frequências altas (3k a 8kHz), os números de casos novos de perda auditiva foram sempre maiores nos grupos estudo quando comparados aos seus respectivos controles. Na comparação das médias dos limiares auditivos, tanto na avaliação A1 quanto na avaliação A2, observou-se que os grupos estudo (DM, HA e DMHA) apresentaram limiares auditivos mais prejudicados, quando comparados a seus respectivos grupos controle. Na comparação entre os grupos apenas para a avaliação A2, pode-se observar que para as frequências altas, houve associação estatisticamente significante entre apresentar as condições clínicas (DM, HA e DMHA) e a presença de perda auditiva. A OR para DM foi de 5,57 (2,9-14,65), para HA foi de 4,2 (1,35-13,06) e para DMHA foi de 5,72 (1,85-17,64). Conclusão: Verificou-se que os idosos portadores de DM, HA ou ambos apresentaram limiares auditivos mais rebaixados quando comparados a seus respectivos grupos controle, principalmente nas altas frequências, o que sugere que estas patologias podem ter um efeito deletério sobre a audição. Além disso, nota-se que o grupo HA apresentou limiares auditivos piores para a maioria das frequências e foi o que apresentou maior queda dos limiares auditivos no segmento de 3 a 4 anos, quando comparado aos outros dois grupos estudo (DMHA e DM), sugerindo que dentre as três condições estudadas, a hipertensão parece ser a que teve maior influência sobre a audição

Avaliações e testes dos métodos MASW e ReMi por meio do tratamento de dados empíricos e sintéticos em um programa de processamento e inversão desenvolvido em MATLAB e sua implicação em um problema geológico na Bacia de Taubaté

Os métodos de ondas superficiais com ênfase nas ondas Rayleigh foram utilizados como o núcleo desse trabalho de Doutorado. Inicialmente, as ondas Rayleigh foram modeladas permitindo o estudo de sensibilidade de suas curvas de dispersão sob diferentes configurações de parâmetros físicos representando diversos modelos de camadas, em que pôde ser observado parâmetros com maior e menor sensibilidade e também alguns efeitos provocados por baixas razões de Poisson. Além disso, na fase de inversão dos dados a modelagem das ondas Rayleigh foi utilizada para a construção da função objeto, que agregada ao método de mínimos quadrados, a partir do método de Levenberg-Marquardt, permitiu a implementação de um algoritmo de busca local responsável pela inversão de dados das ondas superficiais. Por se tratar de um procedimento de busca local, o algoritmo de inversão foi complementado por uma etapa de pré-inversão com a geração de um modelo inicial para que o procedimento de inversão fosse mais rápido e eficiente. Visando uma eficiência ainda maior do procedimento de inversão, principalmente em modelos de camadas com inversão de velocidades, foi implementado um algoritmo de pós-inversão baseado em um procedimento de tentativa e erro minimizando os valores relativos da raiz quadrada do erro quadrático médio (REQMr) da inversão dos dados. Mais de 50 modelos de camadas foram utilizados para testar a modelagem, a pré-inversão, inversão e pós-inversão dos dados permitindo o ajuste preciso de parâmetros matemáticos e físicos presentes nos diversos scripts implementados em Matlab. Antes de inverter os dados adquiridos em campo, os mesmos precisaram ser tratados na etapa de processamento de dados, cujo objetivo principal é a extração da curva de dispersão originada devido às ondas superficiais. Para isso, foram implementadas, também em Matlab, três metodologias de processamento com abordagens matemáticas distintas. Essas metodologias foram testadas e avaliadas com dados sintéticos e reais em que foi possível constatar as virtudes e deficiências de cada metodologia estudada, bem como as limitações provocadas pela discretização dos dados de campo. Por último, as etapas de processamento, pré-inversão, inversão e pós-inversão dos dados foram unificadas para formar um programa de tratamento de dados de ondas superficiais (Rayleigh). Ele foi utilizado em dados reais originados pelo estudo de um problema geológico na Bacia de Taubaté em que foi possível mapear os contatos geológicos ao longo dos pontos de aquisição sísmica e compará-los a um modelo inicial existente baseado em observações geomorfológicas da área de estudos, mapa geológico da região e informações geológicas globais e locais dos movimentos tectônicos na região. As informações geofísicas associadas às geológicas permitiram a geração de um perfil analítico da região de estudos com duas interpretações geológicas confirmando a suspeita de neotectônica na região em que os contatos geológicos entre os depósitos Terciários e Quaternários foram identificados e se encaixaram no modelo inicial de hemi-graben com mergulho para Sudeste.

Incorporating global positioning data in real time P2P audio/video streams for mobile devices

We propose an original method to geoposition an audio/video stream with multiple emitters that are at the same time receivers of the mixed signal. The achieved method is suitable for those comes where a list of positions within a designated area is encoded with a degree of precision adjusted to the visualization capabilities; and is also easily extensible to support new requirements. This method extends a previously proposed protocol, without incurring in any performance penalty.

P2P audio/video protocol with global positioning data in real time for mobile devices

In this paper, we propose an original method to geoposition an audio/video stream with multiple emitters that are at the same time receivers of the mixed signal. The obtained method is suitable when a list of positions within a known area is encoded with precision tailored to the visualization capabilities of the target device. Nevertheless, it is easily adaptable to new precision requirements, as well as parameterized data precision. This method extends a previously proposed protocol, without incurring in any performance penalty.

Nueva técnica de fusión de clasificadores aplicada a la mejora de la segmentación de audio

Este artículo presenta un nuevo algoritmo de fusión de clasificadores a partir de su matriz de confusión de la que se extraen los valores de precisión (precision) y cobertura (recall) de cada uno de ellos. Los únicos datos requeridos para poder aplicar este nuevo método de fusión son las clases o etiquetas asignadas por cada uno de los sistemas y las clases de referencia en la parte de desarrollo de la base de datos. Se describe el algoritmo propuesto y se recogen los resultados obtenidos en la combinación de las salidas de dos sistemas participantes en la campaña de evaluación de segmentación de audio Albayzin 2012. Se ha comprobado la robustez del algoritmo, obteniendo una reducción relativa del error de segmentación del 6.28% utilizando para realizar la fusión el sistema con menor y mayor tasa de error de los presentados a la evaluación.

Optimizing the number of stations in arrays measurements: experimental outcomes for different array geometries and the f-k method

Array measurements have become a valuable tool for site response characterization in a non-invasive way. The array design, i.e. size, geometry and number of stations, has a great influence in the quality of the obtained results. From the previous parameters, the number of available stations uses to be the main limitation for the field experiments, because of the economical and logistical constraints that it involves. Sometimes, from the initially planned array layout, carefully designed before the fieldwork campaign, one or more stations do not work properly, modifying the prearranged geometry. Whereas other times, there is not possible to set up the desired array layout, because of the lack of stations. Therefore, for a planned array layout, the number of operative stations and their arrangement in the array become a crucial point in the acquisition stage and subsequently in the dispersion curve estimation. In this paper we carry out an experimental work to analyze which is the minimum number of stations that would provide reliable dispersion curves for three prearranged array configurations (triangular, circular with central station and polygonal geometries). For the optimization study, we analyze together the theoretical array responses and the experimental dispersion curves obtained through the f-k method. In the case of the f-k method, we compare the dispersion curves obtained for the original or prearranged arrays with the ones obtained for the modified arrays, i.e. the dispersion curves obtained when a certain number of stations n is removed, each time, from the original layout of X geophones. The comparison is evaluated by means of a misfit function, which helps us to determine how constrained are the studied geometries by stations removing and which station or combination of stations affect more to the array capability when they are not available. All this information might be crucial to improve future array designs, determining when it is possible to optimize the number of arranged stations without losing the reliability of the obtained results.

Desarrollo de aplicaciones para el estudio de sistemas acústicos con la herramienta MATLAB©

Con el objetivo de facilitar el aprendizaje del alumnado en el área de ingeniería acústica, se vienen desarrollando diferentes aplicaciones para el estudio de sistemas acústicos con la herramienta MATLAB© que se utilizan con relativo éxito. Dichos sistemas se pueden agrupar en diferentes ámbitos presentes en los planes de estudio de diferentes titulaciones: diseño de sistemas radiantes en baja frecuencia, materiales acústicos, transductores ultrasónicos…. En este trabajo se muestra el proceso llevado a cabo para implementar alguna de estas herramientas. Además, se describe el procedimiento que se sigue a la hora de presentarlas al alumnado con el objetivo de que el proceso de aprendizaje sea eficaz y se proponen algunas actividades basadas en la utilización de las citadas herramientas. Aunque las aplicaciones objeto de este trabajo se han concebido especialmente para su utilización en las clases de prácticas pueden ser utilizadas con provecho en actividades no presenciales propuestas por el profesorado.

SMRTool (MATLAB)

Versión MATLAB.