SURVIVAL PREDICTION FOR BRAIN TUMOR PATIENTS USING GENE EXPRESSION DATA

Brain tumor is one of the most aggressive types of cancer in humans, with an estimated median survival time of 12 months and only 4% of the patients surviving more than 5 years after disease diagnosis. Until recently, brain tumor prognosis has been based only on clinical information such as tumor grade and patient age, but there are reports indicating that molecular profiling of gliomas can reveal subgroups of patients with distinct survival rates. We hypothesize that coupling molecular profiling of brain tumors with clinical information might improve predictions of patient survival time and, consequently, better guide future treatment decisions. In order to evaluate this hypothesis, the general goal of this research is to build models for survival prediction of glioma patients using DNA molecular profiles (U133 Affymetrix gene expression microarrays) along with clinical information. First, a predictive Random Forest model is built for binary outcomes (i.e. short vs. long-term survival) and a small subset of genes whose expression values can be used to predict survival time is selected. Following, a new statistical methodology is developed for predicting time-to-death outcomes using Bayesian ensemble trees. Due to a large heterogeneity observed within prognostic classes obtained by the Random Forest model, prediction can be improved by relating time-to-death with gene expression profile directly. We propose a Bayesian ensemble model for survival prediction which is appropriate for high-dimensional data such as gene expression data. Our approach is based on the ensemble "sum-of-trees" model which is flexible to incorporate additive and interaction effects between genes. We specify a fully Bayesian hierarchical approach and illustrate our methodology for the CPH, Weibull, and AFT survival models. We overcome the lack of conjugacy using a latent variable formulation to model the covariate effects which decreases computation time for model fitting. Also, our proposed models provides a model-free way to select important predictive prognostic markers based on controlling false discovery rates. We compare the performance of our methods with baseline reference survival methods and apply our methodology to an unpublished data set of brain tumor survival times and gene expression data, selecting genes potentially related to the development of the disease under study. A closing discussion compares results obtained by Random Forest and Bayesian ensemble methods under the biological/clinical perspectives and highlights the statistical advantages and disadvantages of the new methodology in the context of DNA microarray data analysis.

Schmiede ─ Heiligtum ─ Wassermühle. Cham-Hagendorn (Kanton Zug) in römischer Zeit. Ausgrabungen 1944/45 und 2003/04

1944/1945 wurde in Cham-Hagendorn eine Wassermühle ausgegraben, die dank ihrer aussergewöhnlich guten Holzerhaltung seit langem einen prominenten Platz in der Forschung einnimmt. 2003 und 2004 konnte die Kantonsarchäologie Zug den Platz erneut archäologisch untersuchen. Dabei wurden nicht nur weitere Reste der Wassermühle, sondern auch Spuren älterer und jüngerer Anlagen geborgen: eine ältere und eine jüngere Schmiedewerkstatt (Horizont 1a/Horizont 3) sowie ein zweiphasiges Heiligtum (Horizonte 1a/1b). All diese Anlagen lassen sich nun in das in den neuen Grabungen erkannte stratigraphische Gerüst einhängen (s. Beil. 2). Dank der Holzerhaltung können die meisten Phasen dendrochronologisch datiert werden (s. Abb. 4.1/1a): Horizont 1a mit Schlagdaten zwischen 162(?)/173 und 200 n. Chr., Horizont 1b um 215/218 n. Chr. und Horizont 2 um 231 n. Chr. Ferner konnten in den neuen Grabungen Proben für mikromorphologische und archäobotanische Untersuchungen entnommen werden (Kap. 2.2; 3.11). In der vorliegenden Publikation werden der Befund und die Baustrukturen vorgelegt, (Kap. 2), desgleichen sämtliche stratifizierten Funde und eine umfassende Auswahl der 1944/1945 geborgenen Funde (Kap. 3). Dank anpassender Fragmente, sog. Passscherben, lassen sich diese zum Teil nachträglich in die Schichtenabfolge einbinden. Die mikromorphologischen und die archäobotanischen Untersuchungen (Kap. 2.2; 3.11) zeigen, dass der Fundplatz in römischer Zeit inmitten einer stark vom Wald und dem Fluss Lorze geprägten Landschaft lag. In unmittelbarer Nähe können weder eine Siedlung noch einzelne Wohnbauten gelegen haben. Die demnach nur gewerblich und sakral genutzten Anlagen standen an einem Bach, der vermutlich mit jenem Bach identisch ist, der noch heute das Groppenmoos entwässert und bei Cham-Hagendorn in die Lorze mündet (s. Abb. 2.4/1). Der antike Bach führte wiederholt Hochwasser ─ insgesamt sind fünf grössere Überschwemmungsphasen auszumachen (Kap. 2.2; 2.4). Wohl anlässlich eines Seehochstandes durch ein Überschwappen der Lorze in den Bach ausgelöst, müssen diese Überschwemmungen eine enorme Gewalt entwickelt haben, der die einzelnen Anlagen zum Opfer fielen. Wie die Untersuchung der Siedlungslandschaft römischer Zeit rund um den Zugersee wahrscheinlich macht (Kap. 6 mit Abb. 6.2/2), dürften die Anlagen von Cham-Hagendorn zu einer in Cham-Heiligkreuz vermuteten Villa gehören, einem von fünf grösseren Landgütern in diesem Gebiet. Hinweise auf Vorgängeranlagen fehlen, mit denen die vereinzelten Funde des 1. Jh. n. Chr. (Kap. 4.5) in Verbindung gebracht werden könnten. Diese dürften eher von einer der Überschwemmungen bachaufwärts weggerissen und nach Cham-Hagendorn eingeschwemmt worden sein. Die Nutzung des Fundplatzes (Horizont 1a; s. Beil. 6) setzte um 170 n. Chr. mit einer Schmiedewerkstatt ein (Kap. 2.5.1). Der Fundanfall, insbesondere die Schmiedeschlacken (Kap. 3.9) belegen, dass hier nur hin und wieder Geräte hergestellt und repariert wurden (Kap. 5.2). Diese Werkstatt war vermutlich schon aufgelassen und dem Verfall preisgegeben, als man 200 n. Chr. (Kap. 4.2.4) auf einer Insel zwischen dem Bach und einem Lorzearm ein Heiligtum errichtete (Kap. 5.3). Beleg für den sakralen Status dieser Insel ist in erster Linie mindestens ein eigens gepflanzter Pfirsichbaum, nachgewiesen mit Pollen, einem Holz und über 400 Pfirsichsteinen (Kap. 3.11). Die im Bach verlaufende Grenze zwischen dem sakralen Platz und der profanen Umgebung markierte man zusätzlich mit einer Pfahlreihe (Kap. 2.5.3). In diese war ein schmaler Langbau integriert (Kap. 2.5.2), der an die oft an Temenosmauern antiker Heiligtümer angebauten Portiken erinnert und wohl auch die gleiche Funktion wie diese gehabt hatte, nämlich das Aufbewahren von Weihegaben und Kultgerät (Kap. 5.3). Das reiche Fundmaterial, das sich in den Schichten der ersten Überschwemmung fand (s. Abb. 5./5), die um 205/210 n. Chr. dieses Heiligtum zerstört hatte, insbesondere die zahlreiche Keramik (Kap. 3.2.4), und die zum Teil auffallend wertvollen Kleinfunde (Kap. 3.3.3), dürften zum grössten Teil einst in diesem Langbau untergebracht gewesen sein. Ein als Glockenklöppel interpretiertes, stratifiziertes Objekt spricht dafür, dass die fünf grossen, 1944/1945 als Stapel aufgefundenen Eisenglocken vielleicht auch dem Heiligtum zuzuweisen sind (Kap. 3.4). In diesen Kontext passen zudem die überdurchschnittlich häufig kalzinierten Tierknochen (Kap. 3.10). Nach der Überschwemmung befestigte man für 215 n. Chr. (Kap. 4.2.4) das unterspülte Bachufer mit einer Uferverbauung (Kap. 2.6.1). Mit dem Bau eines weiteren, im Bach stehenden Langbaus (Kap. 2.6.2) stellte man 218 n. Chr. das Heiligtum auf der Insel in ähnlicher Form wieder her (Horizont 1b; s. Beil. 7). Von der Pfahlreihe, die wiederum die sakrale Insel von der profanen Umgebung abgrenzte, blieben indes nur wenige Pfähle erhalten. Dennoch ist der sakrale Charakter der Anlage gesichert. Ausser dem immer noch blühenden Pfirsichbaum ist es ein vor dem Langbau aufgestelltes Ensemble von mindestens 23 Terrakottafigurinen (s. Abb. 3.6/1), elf Veneres, zehn Matres, einem Jugendlichen in Kapuzenmantel und einem kindlichen Risus (Kap. 3.6; s. auch Kap. 2.6.3). In den Sedimenten der zweiten Überschwemmung, der diese Anlage um 225/230 n. Chr. zum Opfer gefallen war, fanden sich wiederum zahlreiche Keramikgefässe (Kap. 3.2.4) und zum Teil wertvolle Kleinfunde wie eine Glasperle mit Goldfolie (Kap. 3.8.2) und eine Fibel aus Silber (Kap. 3.3.3), die wohl ursprünglich im Langbau untergebracht waren (Kap. 5.3.2 mit Abb. 5/7). Weitere Funde mit sicherem oder möglichem sakralem Charakter finden sich unter den 1944/1945 geborgenen Funden (s. Abb. 5/8), etwa ein silberner Fingerring mit Merkurinschrift, ein silberner Lunula-Anhänger, eine silberne Kasserolle (Kap. 3.3.3), eine Glasflasche mit Schlangenfadenauflage (Kap. 3.8.2) und einige Bergkristalle (Kap. 3.8.4). Im Bereich der Terrakotten kamen ferner mehrere Münzen (Kap. 3.7) zum Vorschein, die vielleicht dort niedergelegt worden waren. Nach der zweiten Überschwemmung errichtete man um 231 n. Chr. am Bach eine Wassermühle (Horizont 2; Kap. 2.7; Beil. 8; Abb. 2.7/49). Ob das Heiligtum auf der Insel wieder aufgebaut oder aufgelassen wurde, muss mangels Hinweisen offen bleiben. Für den abgehobenen Zuflusskanal der Wassermühle verwendete man mehrere stehen gebliebene Pfähle der vorangegangenen Anlagen der Horizonte 1a und 1b. Obwohl die Wassermühle den 28 jährlichen Überschwemmungshorizonten (Kap. 2.2) und den Funden (Kap. 4.3.2; 4.4.4; 45) zufolge nur bis um 260 n. Chr., während gut einer Generation, bestand, musste sie mindestens zweimal erneuert werden – nachgewiesen sind drei Wasserräder, drei Mühlsteinpaare und vermutlich drei Podeste, auf denen jeweils das Mahlwerk ruhte. Grund für diese Umbauten war wohl der weiche, instabile Untergrund, der zu Verschiebungen geführt hatte, so dass das Zusammenspiel von Wellbaum bzw. Sternnabe und Übersetzungsrad nicht mehr funktionierte und das ganze System zerbrach. Die Analyse von Pollen aus dem Gehhorizont hat als Mahlgut Getreide vom Weizentyp nachgewiesen (Kap. 3.11.4). Das Abzeichen eines Benefiziariers (Kap. 3.3.2 mit Abb. 3.3/23,B71) könnte dafür sprechen, dass das verarbeitete Getreide zumindest zum Teil für das römische Militär bestimmt war (s. auch Kap. 6.2.3). Ein im Horizont 2 gefundener Schreibgriffel und weitere stili sowie eine Waage für das Wägen bis zu 35-40 kg schweren Waren aus dem Fundbestand von 1944/1945 könnten davon zeugen, dass das Getreide zu wägen und zu registrieren war (Kap. 3.4.2). Kurz nach 260 n. Chr. fiel die Wassermühle einem weiteren Hochwasser zum Opfer. Für den folgenden Horizont 3 (Beil. 9) brachte man einen Kiesboden ein und errichtete ein kleines Gebäude (Kap. 2.8). Hier war wohl wiederum eine Schmiede untergebracht, wie die zahlreichen Kalottenschlacken belegen (Kap. 3.9), die im Umfeld der kleinen Baus zum Vorschein kamen. Aufgrund der Funde (Kap. 4.4.4; 4.5) kann diese Werkstatt nur kurze Zeit bestanden haben, höchstens bis um 270 n. Chr., bevor sie einem weiteren Hochwasser zum Opfer fiel. Von der jüngsten Anlage, die wohl noch in römische Zeit datiert (Horizont 4; Beil. 10), war lediglich eine Konstruktion aus grossen Steinplatten zu fassen (Kap. 2.9.1). Wozu sie diente, muss offen bleiben. Auch der geringe Fundanfall spricht dafür, dass die Nutzung des Platzes, zumindest für die römische Zeit, allmählich ein Ende fand (Kap. 4.5). Zu den jüngsten Strukturen gehören mehrere Gruben (Kap. 2.9.2), die vielleicht der Lehmentnahme dienten. Mangels Funden bleibt ihre Datierung indes ungewiss. Insbesondere wissen wir nicht, ob sie noch in römische Zeit datieren oder jünger sind. Spätestens mit der fünften Überschwemmung, die zur endgültigen Verlandung führte und wohl schon in die frühe Neuzeit zu setzen ist, wurde der Platz aufgelassen und erst mit dem Bau der bestehenden Fensterfabrik Baumgartner wieder besetzt.

Alphaviruses induce apoptosis in Bcl-2-overexpressing cells: evidence for a caspase-mediated, proteolytic inactivation of Bcl-2

Bcl-2 oncogene expression plays a role in the establishment of persistent viral infection by blocking virus-induced apoptosis. This might be achieved by preventing virus-induced activation of caspase-3, an IL-1beta-converting enzyme (ICE)-like cysteine protease that has been implicated in the death effector phase of apoptosis. Contrary to this model, we show that three cell types highly overexpressing functional Bcl-2 displayed caspase-3 activation and underwent apoptosis in response to infection with alphaviruses Semliki Forest and Sindbis as efficiently as vector control counterparts. In all three cell types, overexpressed 26 kDa Bcl-2 was cleaved into a 23 kDa protein. Antibody epitope mapping revealed that cleavage occurred at one or two target sites for caspases within the amino acid region YEWD31 (downward arrow) AGD34 (downward arrow) A, removing the N-terminal BH4 region known to be essential for the death-protective activity of Bcl-2. Preincubation of cells with the caspase inhibitor Z-VAD prevented Bcl-2 cleavage and partially restored the protective activity of Bcl-2 against virus-induced apoptosis. Moreover, a murine Bcl-2 mutant having Asp31, Asp34 and Asp36 substituted by Glu was resistant to proteolytic cleavage and abrogated apoptosis following virus infection. These findings indicate that alphaviruses can trigger a caspase-mediated inactivation of Bcl-2 in order to evade the death protection imposed by this survival factor.

Revealing regional deforestation dynamics in north-eastern Madagascar - Insights from multi-temporal land cover change analysis

The north-eastern escarpment of Madagascar harbours the island’s last remaining large-scale humid forest massifs surrounded by a small-scale agricultural mosaic. There is high deforestation, commonly thought to be caused by shifting cultivation practiced by local land users to produce upland rice. However, little is known about the dynamics between forest and shifting cultivation systems at a regional level. Our study presents a first attempt to quantify changes in the extent of forest and different agricultural land cover classes, and to identify the main dynamics of land cover change for two intervals, 1995–2005 and 2005–2011. Over the 16-year study period, the speed of forest loss increased, the total area of upland rice production remained almost stable, and the area of irrigated rice fields slightly increased. While our findings seem to confirm a general trend of land use intensification, deforestation through shifting cultivation is still on the rise. Deforestation mostly affects the small forest fragments interspersed in the agricultural mosaic and is slowly leading to a homogenization of the landscape. These findings have important implications for future interventions to slow forest loss in the region, as the processes of agricultural expansion through shifting cultivation versus intensified land use cannot per se be considered mutually exclusive.

A novel approach for assessing shifting cultivation dynamics in a regional conservation hotspot - insights from nort-eastern Madagascar

The north-eastern escarpment of Madagascar has been deemed a global hotspot of biodiversity due to its high levels of endemic speciesbeing heavily threatened by accelerated deforestation rates and landscape changes. The main concern for conservation of the remaining humid primary forests is the shifting cultivation practices of local smallholder farmers for rice production. According to the mainstream narrative, human population growth leads to a shortening of crop-fallow cycles and thus to the accelerated conversion of forests to agricultural land. However, little is currently known about the dynamic changes between forest and shifting cultivation systems at the regional level. Existing land cover change analyses in this area have so far only focused on binary forest to non-forest changes and have therefore failed to account for the dynamic nature of the change processes between forest and different agriculture land use systems. This can be partly explained by the significant challenge to delineate shifting cultivation systems on land cover maps using traditional remote sensing classification approaches. To address this gap we therefore applied a novel GIS approach, that was originally developed for the assessment of shifting cultivation dynamics in Laos and has so far never been applied elsewhere, to map shifting cultivation of different crop-fallow lengths as well as permanent agriculture land use at the regional level. Change analyses of land use maps between 1995 and 2011 allowed us to comprehend the general trends of land use trajectories and their spatial variation. This more detailed understanding of land use change dynamics is key to plan for successful interventions to slow forest loss while at the same time improving local livelihoods. We further believe that this approach holds great potential for conservation monitoring in this resource-rich but povertyprone conservation hotspot.

Is fern endozoochory widespread among fern-eating herbivores?

Endozoochory is an important dispersal mechanism for seed plants and has recently been demonstrated to occur also in spore plants, such as ferns, which are commonly consumed by herbivores. However, it is not known whether fern species from particular habitats are differentially preferred by herbivores and whether their spores differ in their ability to survive the gut passage of herbivores. Such differences would suggest adaptation to endozoochorous dispersal, as it is known for seed plants. Moreover, it is unclear whether herbivore species differ in their efficiency to disperse fern spores. In a factorial experiment, we fed fertile leaflets of 13 fern species from different forest and open habitats to three polyphagous herbivore species and recorded the germination of spores from feces after 46 and 81 days. Fern spores germinated in 66 % of all samples after 46 days. At this stage, germination success differed among fern and herbivore species, but was independent of the ferns’ habitat. Interestingly, after 81 days fern spores germinated in 85 % of all samples and earlier significant differences in germination success among fern and herbivore species were not sustained. The overall high germination success and the absence of differences among fern species from different habitats together with the consistency across three tested herbivores strongly imply endozoochorous dispersal to be a taxonomically widespread phenomenon among fern-eating herbivores, which all might act as potential dispersal vectors. © 2015, Springer Science+Business Media Dordrecht.

Deforestación y actividades productivas en los valles del oeste de La Rioja y Catamarca : desde mediados del siglo XIX hasta la actualidad

Se describe y explica el proceso de deforestación del área ocupada por los bosques de algarrobo en el oeste de La Rioja y Catamarca, a partir de mediados de siglo XIX hasta la actualidad. Este proceso estuvo asociado al desmonte del bosque nativo y a los cambios de uso del suelo originados por diferentes y sucesivos procesos socio– económicos, que tuvieron como actividades emergentes la minería, el ferrocarril y la demanda de productos forestales, generada principalmente por actividades productivas y de consumo desarrolladas en otras regiones. A partir del análisis de fuentes históricas y de imágenes satelitales (en gabinete), sumado al muestreo del bosque nativo y entrevistas en profundidad (en trabajo campo), fue calculado el volumen y la distribución espacial del bosque afectado por las actividades descriptas. Se estudiaron además las modalidades de aprovechamiento social del recurso forestal y algunas características del mundo del trabajo asociado a estas actividades, así como también, el rol gubernamental en la política forestal, especialmente después de 1930. Entre los principales resultados se destaca que la explotación forestal, intensificada desde 1850, nunca mermó considerablemente. Las miles de hectáreas desmontadas y la cantidad de forestales talados representaron un importante impacto ambiental principalmente, y en primer lugar, en Pipanaco y Chilecito, trasladándose posteriormente al resto de los valles.

Cazadores recolectores del pedemonte mendocino en el 3000 AP (Puesto Lima, Quebrada de Papagayos, Mendoza, Argentina)

Las investigaciones arqueológicas de Mendoza prestaron poca atención al piedemonte oriental de la precordillera en comparación con las realizadas en valles y sectores de precordillera. Sin embargo, el estudio de este sector resulta clave para entender los patrones de asentamiento-subsistencia de las sociedades cazadoras-recolectoras de la región. Por otro lado, si bien se han postulado modelos para explicar las modalidades de articulación entre tierras altas y bajas durante la prehistoria, no se han definido las variaciones en sentido diacrónico. En este trabajo se apunta a describir las características del registro arqueológico del ambiente del piedemonte oriental de la precordillera de Mendoza, y en particular, de un sitio localizado en la Quebrada de Papagayos, para, análisis de la tecnología lítica mediante, proponer hipótesis referidas a los modos de organización tecnológica y del asentamiento hace aproximadamente 3.000 años AP.

Dieta de verano de bovinos pastoreando en bosques de lenga (Nothofagus pumilio) y mallines de Chubut, Argentina

Se determinó la composición de la dieta de verano de bovinos pastoreando en sistemas formados por bosques de Nothofagus pumilio (lenga) y mallines, del noroeste del Chubut. Se estimó la disponibilidad forrajera de los mallines y del sotobosque mediante cortes de biomasa aérea, y se determinó la composición dietaria mediante análisis microhistológico de heces. La dieta está integrada principalmente por especies de gramíneas y graminoides, que disminuyeron su frecuencia al final del verano, mientras que los renovales de lenga y otras especies leñosas la aumentaron. El ganado selecciona gramíneas en ambos períodos, y al final del verano también los renovales de lenga. La ganadería constituye una importante y creciente forma de subsistencia para los pobladores rurales del noroeste del Chubut. Este trabajo aporta elementos para avanzar en la búsqueda de herramientas que permitan la sustentabilidad de los bosques de lenga.

El mundo indígena frente a la dominación estatal. Norpatagonia, fines del siglo XIX - principios del siglo XX

El objetivo del presente trabajo es el análisis de las transformaciones del mundo indígena durante los años inmediatamente posteriores a las Campañas Militares de fines del siglo XIX, destacando sus estrategias de adaptación ante la nueva relación con el Estado Nacional. Así, los cambios en la organización sociopolítica indígena y en sus relaciones económicas en virtud de su nueva articulación con la sociedad estatal, son enfocados a través de diferentes estudios de caso: tribus sometidas voluntariamente y relocalizadas en tierras asignadas por el Estado; y grupos familiares que, a pesar de estar aislados de sus vínculos tribales tradicionales, mantuvieron su identidad étnica y cierto grado de autonomía social y económica. Los casos se desarrollan en el territorio de la actual provincia de Neuquén, entre 1882 y 1919, y son reconstruidos gracias a documentos de los archivos Histórico Provincial y de Tierras y Colonias de la provincia de Neuquén. Estas situaciones presentan una compleja dinámica en la cual la diversidad de continuidades, reemplazos y desapariciones queda integrada dentro de una misma lógica de supervivencia, traspasando la visión tradicional de una contradicción entre resistencia y asimilación.