Mutações inativadoras no gene MKRN3 são causa de puberdade precoce central familial

A maioria dos casos de puberdade precoce central (PPC) em meninas permanece idiopática. A hipótese de uma causa genética vem se fortalecendo após a descoberta de alguns genes associados a este fenótipo, sobretudo aqueles implicados com o sistema kisspeptina (KISS1 e KISS1R). Entretanto, apenas casos isolados de PPC foram relacionados à mutação na kisspeptina ou em seu receptor. Até recentemente, a maioria dos estudos genéticos em PPC buscava genes candidatos selecionados com base em modelos animais, análise genética de pacientes com hipogonadismo hipogonadotrófico, ou ainda, nos estudos de associação ampla do genoma. Neste trabalho, foi utilizado o sequenciamento exômico global, uma metodologia mais moderna de sequenciamento, para identificar variantes associadas ao fenótipo de PPC. Trinta e seis indivíduos com a forma de PPC familial (19 famílias) e 213 casos aparentemente esporádicos foram inicialmente selecionados. A forma familial foi definida pela presença de mais de um membro afetado na família. DNA genômico foi extraído dos leucócitos do sangue periférico de todos os pacientes. O estudo de sequenciamento exômico global realizado pela técnica ILLUMINA, em 40 membros de 15 famílias com PPC, identificou mutações inativadoras em um único gene, MKRN3, em cinco dessas famílias. Pesquisa de mutação no MKRN3 realizada por sequenciamento direto em duas famílias adicionais (quatro pacientes) identificou duas novas variantes nesse gene. O MKRN3 é um gene de um único éxon, localizado no cromossomo 15 em uma região crítica para a síndrome de Prader Willi. O gene MKRN3 sofre imprinting materno, sendo expresso apenas pelo alelo paterno. A descoberta de mutações em pacientes com PPC familial despertou o interesse para a pesquisa de mutações nesse gene em 213 pacientes com PPC aparentemente esporádica por meio de reação em cadeia de polimerase seguida de purificação enzimática e sequenciamento automático direto (Sanger). Três novas mutações e duas já anteriormente identificadas, incluindo quatro frameshifts e uma variante missense, foram encontradas, em heterozigose, em seis meninas não relacionadas. Todas as novas variantes identificadas estavam ausentes nos bancos de dados (1000 Genomes e Exome Variant Server). O estudo de segregação familial em três dessas meninas com PPC aparentemente esporádica e mutação no MKRN3 confirmou o padrão de herança autossômica dominante com penetrância completa e transmissão exclusiva pelo alelo paterno, demonstrando que esses casos eram, na verdade, também familiares. A maioria das mutações encontradas no MKRN3 era do tipo frameshift ou nonsense, levando a stop códons prematuros e proteínas truncadas e, portanto, confirmando a associação com o fenótipo. As duas mutações missenses (p.Arg365Ser e p.Phe417Ile) identificadas estavam localizadas em regiões de dedo ou anel de zinco, importantes para a função da proteína. Além disso, os estudos in silico dessas duas variantes demonstraram patogenicidade. Todos os pacientes com mutação no MKRN3 apresentavam características clínicas e hormonais típicas de ativação prematura do eixo reprodutivo. A mediana de idade de início da puberdade foi de 6 anos nas meninas (variando de 3 a 6,5) e 8 anos nos meninos (variando de 5,9 a 8,5). Tendo em vista o fenômeno de imprinting, análise de metilação foi também realizada em um subgrupo de 52 pacientes com PPC pela técnica de MS-MLPA, mas não foram encontradas alterações no padrão de metilação. Em conclusão, este trabalho identificou um novo gene associado ao fenótipo de PPC. Atualmente, mutações inativadoras no MKRN3 representam a causa genética mais comum de PPC familial (33%). O MKRN3 é o primeiro gene imprintado associado a distúrbios puberais em humanos. O mecanismo preciso de ação desse gene na regulação da secreção de GnRH necessita de estudos adicionais

Um método de otimização da relação desempenho/consumo de energia para arquiteturas multi-cores heterogêneas em FPGA

Devido às tendências de crescimento da quantidade de dados processados e a crescente necessidade por computação de alto desempenho, mudanças significativas estão acontecendo no projeto de arquiteturas de computadores. Com isso, tem-se migrado do paradigma sequencial para o paralelo, com centenas ou milhares de núcleos de processamento em um mesmo chip. Dentro desse contexto, o gerenciamento de energia torna-se cada vez mais importante, principalmente em sistemas embarcados, que geralmente são alimentados por baterias. De acordo com a Lei de Moore, o desempenho de um processador dobra a cada 18 meses, porém a capacidade das baterias dobra somente a cada 10 anos. Esta situação provoca uma enorme lacuna, que pode ser amenizada com a utilização de arquiteturas multi-cores heterogêneas. Um desafio fundamental que permanece em aberto para estas arquiteturas é realizar a integração entre desenvolvimento de código embarcado, escalonamento e hardware para gerenciamento de energia. O objetivo geral deste trabalho de doutorado é investigar técnicas para otimização da relação desempenho/consumo de energia em arquiteturas multi-cores heterogêneas single-ISA implementadas em FPGA. Nesse sentido, buscou-se por soluções que obtivessem o melhor desempenho possível a um consumo de energia ótimo. Isto foi feito por meio da combinação de mineração de dados para a análise de softwares baseados em threads aliadas às técnicas tradicionais para gerenciamento de energia, como way-shutdown dinâmico, e uma nova política de escalonamento heterogeneity-aware. Como principais contribuições pode-se citar a combinação de técnicas de gerenciamento de energia em diversos níveis como o nível do hardware, do escalonamento e da compilação; e uma política de escalonamento integrada com uma arquitetura multi-core heterogênea em relação ao tamanho da memória cache L1.

Metodologia para execução de aplicações paralelas baseadas no modelo BSP com tarefas heterogêneas.

A computação paralela permite uma série de vantagens para a execução de aplicações de grande porte, sendo que o uso efetivo dos recursos computacionais paralelos é um aspecto relevante da computação de alto desempenho. Este trabalho apresenta uma metodologia que provê a execução, de forma automatizada, de aplicações paralelas baseadas no modelo BSP com tarefas heterogêneas. É considerado no modelo adotado, que o tempo de computação de cada tarefa secundária não possui uma alta variância entre uma iteração e outra. A metodologia é denominada de ASE e é composta por três etapas: Aquisição (Acquisition), Escalonamento (Scheduling) e Execução (Execution). Na etapa de Aquisição, os tempos de processamento das tarefas são obtidos; na etapa de Escalonamento a metodologia busca encontrar a distribuição de tarefas que maximize a velocidade de execução da aplicação paralela, mas minimizando o uso de recursos, por meio de um algoritmo desenvolvido neste trabalho; e por fim a etapa de Execução executa a aplicação paralela com a distribuição definida na etapa anterior. Ferramentas que são aplicadas na metodologia foram implementadas. Um conjunto de testes aplicando a metodologia foi realizado e os resultados apresentados mostram que os objetivos da proposta foram alcançados.

Effect of Cyclic Topology on Charge-Transfer Properties of Organic Molecular Semiconductors: The Case of Cycloparaphenylene Molecules

We have studied the role played by cyclic topology on charge-transfer properties of recently synthesized π -conjugated molecules, namely the set of [n]cycloparaphenylene compounds, with n the number of phenylene rings forming the curved nanoring. We estimate the charge-transfer rates for holes and electrons migration within the array of molecules in their crystalline state. The theoretical calculations suggest that increasing the size of the system would help to obtain higher hole and electron charge-transfer rates and that these materials might show an ambipolar behavior in real samples, independently of the different mode of packing followed by the [6]cycloparaphenylene and [12]cycloparaphenylene cases studied.

A Cloud-based Framework for Security Analysis of Browser Extensions

In today's internet world, web browsers are an integral part of our day-to-day activities. Therefore, web browser security is a serious concern for all of us. Browsers can be breached in different ways. Because of the over privileged access, extensions are responsible for many security issues. Browser vendors try to keep safe extensions in their official extension galleries. However, their security control measures are not always effective and adequate. The distribution of unsafe extensions through different social engineering techniques is also a very common practice. Therefore, before installation, users should thoroughly analyze the security of browser extensions. Extensions are not only available for desktop browsers, but many mobile browsers, for example, Firefox for Android and UC browser for Android, are also furnished with extension features. Mobile devices have various resource constraints in terms of computational capabilities, power, network bandwidth, etc. Hence, conventional extension security analysis techniques cannot be efficiently used by end users to examine mobile browser extension security issues. To overcome the inadequacies of the existing approaches, we propose CLOUBEX, a CLOUd-based security analysis framework for both desktop and mobile Browser EXtensions. This framework uses a client-server architecture model. In this framework, compute-intensive security analysis tasks are generally executed in a high-speed computing server hosted in a cloud environment. CLOUBEX is also enriched with a number of essential features, such as client-side analysis, requirements-driven analysis, high performance, and dynamic decision making. At present, the Firefox extension ecosystem is most susceptible to different security attacks. Hence, the framework is implemented for the security analysis of the Firefox desktop and Firefox for Android mobile browser extensions. A static taint analysis is used to identify malicious information flows in the Firefox extensions. In CLOUBEX, there are three analysis modes. A dynamic decision making algorithm assists us to select the best option based on some important parameters, such as the processing speed of a client device and network connection speed. Using the best analysis mode, performance and power consumption are improved significantly. In the future, this framework can be leveraged for the security analysis of other desktop and mobile browser extensions, too.

Analyse du métabolisme du soufre de la bactérie autotrophique acidophile Acidithiobacillus thiooxidans ATCC 19377

Les impacts environnementaux dues à l'extraction minière sont considérables. C'est l'action des microorganismes, en utilisant leur métabolisme du soufre sur les déchets miniers, qui engendre les plus grands défis. Jusqu'à présent, peu de recherches ont été effectués sur les microorganismes environnementaux pour la compréhension globale de l'action du métabolisme du soufre dans une optique de prévention et de rémédiation des impacts environnementaux de l'extraction minière. Dans cette étude, nous avons étudié une bactérie environnementale, Acidithiobacillus thiooxidans, dans le but de comprendre le métabolisme du soufre selon le milieu de culture et le niveau d'acidité du milieu. Nous avons utilisé la transcriptomique à haut débit, RNA-seq, en association avec des techniques de biogéochimie et de microscopie à électrons pour déterminer l'expression des gènes codants les enzymes du métabolisme du soufre. Nous avons trouvé que l'expression des gènes des enzymes du métabolisme du soufre chez ce microorganisme sont dépendantes du milieu, de la phase de croissance et du niveau d'acidité présent dans le milieu. De plus, les analyses biogéochimiques montrent la présence de composés de soufre réduits et d'acide sulfurique dans le milieu. Finalement, une analyse par microscopie électronique révèle que la bactérie emmagasine des réserves de soufre dans son cytoplasme. Ces résultats permettent une meilleure compréhension de son métabolisme et nous rapprochent de la possibilité de développer une technique de prédiction des réactions ayant le potentiel de causer des impacts environnementaux dus à l'extraction minière.

OvisOme: atualização da base de dados de Ovis aries

Introduction: The Omics sciences are part of the research and diagnostic routines in human health. However, their application in veterinary sciences is still sparse, albeit the increasing number of proteomics studies published, especially regarding farm animals. The amount of information accumulated by these high throughput techniques, makes the existence of specialized databases fundamental. These databases are essential to store, annotate and make available to the scientific community, all the information gathered by the different omics studies, so that researchers can use it to understand the physio pathological mechanisms underlying sheep diseases, as well as to develop new and improved diagnostic, prognostic and therapeutic strategies. Objetive: The aim of this work is to present the OvisOme database and to demosntrate how it can be used to understand the molecular mechanisms urderlying sheep disease. Methodologies: OvisOme compiles all proteins identified by proteomics studies of Ovis aries. The proteins are annotated as to the sample characterization, the proteomics techniques used and all the data the authors refer regarding the donor sheep’s health. Results: The database currently has 1451 proteins, associated to 8 diseases and 10 breeds. When compared to other proteomics databases, the OvisOme stores and displays more information than other databases not specific for sheep, such as UniProt. Conclusion: OvisOme is a valuable tool for the study of the molecular mechanisms underlying sheep health and disease.

Use of a novel DNA melting profile assay for the identification of PCR-amplified genomic sequences encoding for variant-specific surface proteins from the clonal GS/M-83-H7 line of Giardia lamblia.

During infections, Giardia lamblia undergoes a continuous change of its major surface antigens, the variant-specific surface proteins (VSPs). Many studies on antigenic variation have been performed using G. lamblia clone GS/M-83-H7, which expresses surface antigen VSP H7. The present study was focused on the identification and characterization of vsp gene sequences within the genome of the clonal G. lamblia GS/M-83-H7 line. For this purpose, we applied a PCR which specifically amplified truncated sequences from the 3'-terminal region of the vsp genes. Upon cloning, most of the vsp gene amplification products were shown to be approximately identical in size and thus could not be distinguished from each other by conventional gel electrophoresis. In order to pre-estimate the sequence complexity within the large panel of vsp clones isolated, we elaborated a novel concept which facilitated our large-scale genetic screening approach: PCR products from cloned DNA molecules were generated and then subjected to a DNA melting profile assay based on the use of the LightCycler Instrument. This high-throughput assay system proved to be well suited to monitor sequence differences between the amplification products from closely related vsp genes and thus could be used for the primary, sequence-related discrimination of the corresponding clones. After testing 50 candidates, vsp clones could be divided into five groups, each characterized by an individual DNA melting profile of the corresponding amplification products. Sequence analysis of some of these 50 candidates confirmed data from the aforementioned assay in that clones were demonstrated to be identical within, but different between, the distinct groups. The nucleotide and deduced amino acid sequences of five representative vsp clones showed high similarities both among each other and also with the corresponding gene segment of the variant-specific surface antigen (VSP H7) expressed by the original GS/M-83-H7 variant type. Furthermore, three of the genomic vsp sequences turned out to be identical to vsp sequences that represented previously characterized transcription products from in vivo- or in vitro-switched GS/M-83-H7 trophozoites. In conclusion, the DNA melting profile assay seems to be a versatile tool for the PCR-based genotyping of moderately or highly diversified sequence orthologues.

Maize Stress DIESI-MS Data and R Script

Climatic change is an increasing challenge for agriculture that is driving the development of suitable crops in order to ensure supply for both human nutrition and animal feed. In this context, it is increasingly important to understand the biochemical responses of cells to environmental cues at the whole system level, an aim that is being brought closer by advances in high throughput, cost-efficient plant metabolomics. To support molecular breeding activities, we have assessed the economic, technical and statistical feasibility of using direct mass spectrometry methods to evaluate the physiological state of maize (Zea mays L.) plants grown under different stress conditions.

Influence apart from Adoption: How Interaction between Programming and Scientific Practices Shapes Modes of Inquiry in Four Oceanography Teams

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Learning Models of Gene Expression from Synthetic DNA Sequences

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Analysis of RNA-protein interactions by flow cytometry

Flow cytometry, in combination with advances in bead coding technologies, is maturing as a powerful high-throughput approach for analyzing molecular interactions. Applications of this technology include antibody assays and single nucleotide polymorphism mapping. This review describes the recent development of a microbead flow cytometric approach to analyze RNA-protein interactions and discusses emerging bead coding strategies that together will allow genome-wide identification of RNA-protein complexes. The microbead flow cytometric approach is flexible and provides new opportunities for functional genomic studies and small-molecule screening.

Systematic proteomic strategies to map the human signaling landscape

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-05

Centromere identification and inactivation on a neo-Y chromosome fusion in threespine stickleback fish (Gasterosteus aculeatus)

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-05

Modulation of Translation Efficiency in S. cerevisiae by Codon Pairs and mRNA Structure

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06