MiR-1253 Potentiates Cisplatin Response in Pediatric Medulloblastoma by Regulating Ferroptosis

Introduction Among CNS tumors, medulloblastoma (MB) is the most common malignant pediatric brain tumor. Of the four subgroups, group 3 (G3MB) tumors fare the worst. Haploinsufficiency of 17p13.3 is a hallmark of these high-risk tumors; included within this locus is miR-1253, which has tumor suppressive properties in medulloblastoma. Therapeutic strategies capitalizing on the anti-neoplastic properties of miRNAs can provide promising adjuncts that can improve efficacy while mitigating toxicity of current chemotherapeutic drugs. Objective In this study, we explored the potentiation of miR-1253 on cisplatin cytotoxicity in group 3 MB. Methods We used RNA Sequencing to isolate a putative target for miR-1253 that is upregulated in G3MB, has a poor prognostic profile, and is involved in iron balance/ferroptosis. Calein AM quenching, COX IV staining and multiple stains for iron were used to study mitochondrial vs. free cytosolic iron generation. Confocal microscopy and FACs analyses were used to examine ROS generation and lipid peroxidation. Using 2 classical group 3 MB cell lines, possessing c-Myc amplification and i17q, we determined the IC50 of cisplatin in the presence of miR-1253 expression using MTT assay. We also studied colony formation, apoptosis and oxidative stress, as cisplatin is an inducer of both. Finally, ROS and ferroptosis inhibitors were used to study effects on tumor cell rescue from miR-1253 and cisplatin therapy. Results In silico and in vitro analyses revealed upregulation of ABCB7 in G3MB cancer cells and tumors. Overexpressing miR-1253, in turn, suppressed ABCB7, revealing it as a putative target with poor survival in high-expressing MB tumors. Overexpression also led to a suppression of GPX4, a ferroptosis regulator, consequently increasing labile iron pool within the mitochondria and resulting in mtROS induction. Cisplatin is reported as an inducer of both apoptosis and ferroptosis-mediated cancer cell death. In miR-1253-overexpressing cancer cells, we observed a cumulative effect on cell death and colony formation with cisplatin; treatment with ROS and ferroptosis inhibitors abrogated these effects. Conclusions We conclude that miR-1253 potentiates the ferroptotic effects of cisplatin via targeting miR-1253/ABCB7/GPX4 axis.https://digitalcommons.unmc.edu/chri_forum/1010/thumbnail.jp

MiR-212-3p Functions as a Tumor Suppressor Gene in Group 3 Medulloblastoma via Targeting Nuclear Factor I/B (NFIB)

Haploinsufficiency of chromosome 17p and c-Myc amplification distinguish group 3 medulloblastomas which are associated with early metastasis, rapid recurrence, and swift mortality. Tumor suppressor genes on this locus have not been adequately characterized. We elucidated the role of miR-212-3p in the pathophysiology of group 3 tumors. First, we learned that miR-212-3p undergoes epigenetic silencing by histone modifications in group 3 tumors. Restoring its expression reduced cancer cell proliferation, migration, colony formation, and wound healing in vitro and attenuated tumor burden and improved survival in vivo. MiR-212-3p also triggered c-Myc destabilization and degradation, leading to elevated apoptosis. We then isolated an oncogenic target of miR-212-3p, i.e. NFIB, a nuclear transcription factor implicated in metastasis and recurrence in various cancers. Increased expression of NFIB was confirmed in group 3 tumors and associated with poor survival. NFIB silencing reduced cancer cell proliferation, migration, and invasion. Concurrently, reduced medullosphere formation and stem cell markers (Nanog, Oct4, Sox2, CD133) were noted. These results substantiate the tumor-suppressive role of miR-212-3p in group 3 MB and identify a novel oncogenic target implicated in metastasis and tumor recurrence

Drug resistance in Medulloblastoma is driven by YB-1, ABCB1 and a seven-gene drug signature

Therapy resistance represents an unmet challenge in the treatment of medulloblastoma. Accordingly, the identification of targets that mark drug-resistant cell populations, or drive the proliferation of resistant cells, may improve treatment strategies. To address this, we undertook a targeted approach focused on the multi-functional transcription factor YB-1. Genetic knockdown of YB-1 in Group 3 medulloblastoma cell lines diminished cell invasion in 3D in vitro assays and increased sensitivity to standard-of-care chemotherapeutic vincristine and anti-cancer agents panobinostat and JQ1. For vincristine, this occurred in part by YB-1-mediated transcriptional regulation of multi-drug resistance gene ABCB1, as determined by chromatin immunoprecipitation. Whole transcriptome sequencing of YB-1 knockdown cells identified a role for YB-1 in the regulation of tumourigenic processes, including lipid metabolism, cell death and survival and MYC and mTOR pathways. Stable cisplatin- and vincristine-tolerant Group 3 and SHH cell lines were generated to identify additional mechanisms driving resistance to standard-of-care medulloblastoma therapy. Next-generation sequencing revealed a vastly different transcriptomic landscape following chronic drug exposure, including a drug-tolerant seven-gene expression signature, common to all sequenced drug-tolerant cell lines, representing therapeutically targetable genes implicated in the acquisition of drug tolerance. Our findings provide significant insight into mechanisms and genes underlying therapy resistance in medulloblastoma

Transforming cancer molecular diagnostics: Molecular subgrouping of medulloblastoma via lowdepth whole genome bisulfite sequencing

INTRODUCTION: International consensus recognises four molecular subgroups of medulloblastoma, each with distinct molecular features and clinical outcomes. Assigning molecular subgroup is typically achieved via the Illumina DNA methylation microarray. Given the rapidly-expanding WGS capacity in healthcare institutions, there is an unmet need to develop platform-independent, sequence-based subgrouping assays. Whole genome bisulfite sequencing (WGBS) enables the assessment of genome-wide methylation status at single-base resolution. To date, its routine application for subgroup assignment has been limited, due to high economic cost and sample input requirements and currently no optimised pipeline exists that is tailored for handling samples sequenced at low-pass (i.e., 1-10x depth). METHODOLOGY: Two datasets were utilised; 36 newly-sequenced low-depth (10x) and 42 publicly available high-depth (30x) WGBS medulloblastoma and cerebellar samples, all with matched DNA methylation microarray data. We applied imputation to low-pass WGBS data, assessed inter-platform correlation and identified molecular subgroups by directly integrating WGBS sample data with preexisting array-trained models. We developed machine learning WGBS-based classifiers and compared performance against microarray. We optimised reference-free aneuploidy detection with low-pass WGBS and assessed concordance with microarray-derived aneuploidy calls. RESULTS: We optimised a pipeline for processing and analysis of low-pass WGBS data, suitable for routine molecular subgrouping and aneuploidy assessment. Using down-sampling, we showed that subgroup assignment remains robust at low depths and identified additional regions of differential methylation that are not assessed by methylation microarray. WGBS data can be integrated into existing array-trained models with high assignment probabilities, and WGBS-derived classifier performance measures exceeded microarray-derived classifiers. CONCLUSION: We describe a platform-independent WGBS assay for molecular subgrouping of medulloblastoma. It performs equivalently to array-based methods at increasingly comparable cost (currently ~$396 vs ~$584) and provides proof-of-concept for routine clinical adoption using standard WGS technology. Finally, the full methylome enabled elucidation of additional biological heterogeneity that has hitherto been inaccessible

Ανάλυση προωτεομικών δεδομένων απο φασματομετρία μάζας και ενσωμάτωσή τους με άλλα κλινικά και μοριακά δεδομένα σε κλινικά δείγματα και καρκινικές σειρές

Οι μοριακοί υπότυποι μιας ασθένειας συχνά συσχετίζονται με διαφορές ως προς την επιβίωση ή πρόοδο της νόσου και άλλοτε ως προς την απόκριση σε συγκεκριμένη θεραπεία. Την τελευταία δεκαετία, μελέτες μοριακής ταξινόμησης του ουροθηλιακού καρκίνου εστιάζουν κυρίως στον διηθητικό τύπο της ασθένειας (~20% των ασθένων στην αρχική διάγνωση) ο οποίος χαρακτηρίζεται από υψηλό κίνδυνο για μετάσταση και χαμηλά ποσοστά πενταετούς επιβίωσης. Οι παραπάνω μελέτες επέτρεψαν την ταυτοποιήση πολλαπλών γενομικών και μεταγραφικών υποτύπων οι οποίοι διαφέρουν ριζικά ως προς το μοριακό τους προφίλ, σχηματίζοντας δύο μεγάλες κατηγορίες: τους basal και τους luminal όγκους. Οι πρώτοι φαίνεται να σχετίζονται με πιο επιθετικούς καρκίνους εμπερικλείοντας όμως ένα σημαντικό ποσοστό ασθενών που ανταποκρίνονται στο βασικό χημειοθεραπευτικό σχήμα. Οι δέυτεροι (luminal) αρχικά προσδιορίστηκαν ως λιγότερο επιθετικοί, επόμενες μελέτες όμως αποκάλυψαν την σημαντική μοριακή ετερογένεια που τους χαρακτηρίζει και που αντανακλάται σε κλινικές παραμέτρους. Σήμερα, πιστέυεται ότι ο διηθητικός καρκίνος της ουροδόχου κύστης ταξινομείται σε 6 βασικούς υποτύπους, αλλά τα δεδομένα που υπάρχουν για να υποστηρίξουν την ένταξη των υποτύπων στην κλινική πράξη είναι ατελή και δεν συμφωνούν μεταξύ τους. Από την άλλη, ο μη διηθητικός τύπος της ασθενεις (~80% των περιπτώσεων στην αρχική διάγνωση) χαρακτηρίζεται από υψηλά ποσοστά υποτροπής και προόδου σε ανώτερο στάδιο καθώς και από σημαντικό δημόσιο οικονομικό κόστος εξαιτίας της αυξημένης συχνότητας παρακολούθησης που απαιτεί. Το μοριακό προφίλ του μη-διηθητικού καρκίνου έχει μελετηθεί σημαντικά λιγότερο από αυτό του διηθητικού, και μέχρι σήμερα υπάρχουν δύο μελέτες που επιχειρούν την ταξινόμησή του σε μοριακούς υποτύπους: η πρώτη στη βάση του μεταγραφώματος, η δέυτερη στη βάση της διακύμνασης αριθμού αντιγράφων. Το πρωτεομικό προφίλ όμως, τόσο του διηθητικού όσο και του μη-διηθητικού καρκίνου της ουροδόχου κύστης, μέχρι και σήμερα έχει μελετηθεί υποτυπωδώς. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση της ύπαρξης πρωτεομικών υποτύπων του μη διηθητικού ουροθηλιακού καρκίνου, ο μοριακός χαρακτηρισμός τους, η σχέση τους με προηγούμενα συστήματα ταξινόμησης, καθώς και η ταυτοποίηση απορυθμισμένων πρωτεϊνών και μονοπατιών με δυνητική προγνωστική αξία. Για την εξυπηρέτηση του παραπάνω σκοπού, 117 δείγματα καρκινικού ιστού από ασθενείς που πρωτοδιαγνώσθηκαν με ουροθηλιακό καρκίνο (98 μη-διηθητικό, 19 διηθητικό) συλλέχθησαν και το ολικό πρωτέομά τους απομονώθηκε και αρχικά ποσοτικοποιήθηκε με τη μέθοδο Bradford. Κατόπιν διάσπασης με θρυψίνη, τα πεπτίδια διαχωρίστηκαν σε χρωματογραφική στήλη συνδεδεμένη με φασματογράφο μάζας τύπου Orbitrap. Οι φασματικές πληροφορίες για τα πεπτίδια αναλύθηκαν με το πρόγραμμα Proteome Discoverer θέτοντας FDR (False Discovery Rate) <0.01 και αντιστοιχήθηκαν σε πρωτεινικές ταυτότητες. Η πρωτεϊνική ποσοτικοποίηση έγινε με τη χρήση των τριών πιο άφθονων και μοναδικών πεπτιδίων ανά πρωτεΐνη, ενώ κατόπιν επεξεργασίας τα πρωτεομικά δεδομένα υποβλήθηκαν σε μια σειρά από υπολογιστικές αναλύσεις: μη επιτηρούμενη k-means συσταδοποίηση, ανάλυση κύριων συνιστωσών, ανάλυση για στατιστική σημαντικόντητα πρωτεϊνών, πρωτεϊνικών μονοπατιών, βιολογικών λειτουργιών και γονιδιακής έκφρασης καθώς και στην μοντελοιποίηση ενός μοριακού ταξινομητή Radnom Forest. Μέγιστη σταθερότητα συσταδοποίησης επιτεύχηκε για κ = 3 ομάδες, υποδηλώνοντας την ύπαρξη τριών πρωτεομικών υποτύπων στα δεδομένα. Η ομάδα 1 ήταν η μικρότερη σε μέγεθος (17/98), περιείχε κυρίως καρκίνους υψηλού σταδίου, αλλοίωσης και ρίσκου και παρουσίασε ένα μοριακό φαινότυπο ανοσοδιήθησης με υψηλά επιπέδα των μεταγραφικών παραγόντων STAT1, STAT3 και SND1, καθώς και πρωτεϊνων της αντιγονοπαρουσίασης, υποδηλώνοντας ενεργή ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ του ανοσοποιητικού και των καρκινικών κυττάρων. Παράλληλα, χαρακτηρίζονταν απο υψηλότερες ποσότητες πρωτεϊνών που συμμετέχουν στο κυτταρικό κύκλο, και στη μετάδοση στρεσογόνων σημάτων (αντίδραση μη αναδιπλωμένης πρωτεϊνης και επιδιόρθωση βλαβών του DNA). Η όμαδα 2 συγκέντρωσε ασθενείς με ποικίλα κλινικά χαρακτηριστικά που όμως έφεραν κοινώς, αυξημένες ποσότητες εξωκυττάριων πρωτεϊνών (στρώματος), και χαμηλά επιθηλιακά σήματα. Οι ασθενείς στην ομάδα 3 παρουσίασαν έναν πιο διαφοροποιημένο μοριακό φαινότυπο με υψηλότερα επίπεδα (UPKs και KRT20 κάθως και CDH1) που συμβαδίζει με τα κλινικά χαρακτηριστικά τους αφού οι περισσότεροι διαγιγνώσθηκαν με καρκίνους χαμηλού σταδίου και κινδύνου. Η ανάλυση για ενεργοποιημένα πρωτεϊνικά μονοπάτια έδειξε ότι οι ασθενείς της ομάδας 1 έιχαν ενεργή σηματοδότηση για βιοσυνθετικές διεργασίες, για ιντερφερόνη-γ, και αυξημένη δραστηριότητα των μεταγραφικών παραγόντων MYC και E2F, που ελέγχουν θετικά τον κυτταρικό κύκλο. Από την άλλη οι ασθνενείς της ομάδας 3 σχετίστηκαν με ενεργοποίηση μεταβολικών μονοπατιών όπως αυτό της αποτοξίνωσης μεσολαβούμενο από γλουταθειόνη καθώς και της γλυκογονόλυσης – γλυκόλυσης, αλλά και της απόπτωσης. Συγκρίνοντας το πρωτεομικό προφιλ των ασθένων με μη-διηθητικό καρκίνο με ασθενέις που είχαν διηθητικό καρκίνο χρησιμοποιώντας ανάλυση κύριων συνιστωσών, αποκαλύφθηκε κοντινή σχέση της ομάδας 1 με ασθενείς που έφεραν διηθητικό ουροθηλιακό καρκίνο και αντίστροφα, μακρινή σχέση της ομάδας 3 με τους τελευταίους. Η ομάδα 2 εμφάνισε μεγάλη διασπορά επικαλύπτοντας περιοχές των προηγούμενων δύο ομάδων. Για την επικύρωση των πρωτεομικών αποτελεσμάτων, δεδομένα από μεταγραφικές έρευνες (UROMOL και LUND) αναλύθηκαν αναδρομικά. Στην UROMOL έρευνα επίσης ταυτοποιήθηκαν 3 υπότυποι ο ένας εκ των οποίων συγκέντρωσε τους περισσότερους ασθενείς με πρόδοο σε ανώτερο στάδιο (κακής πρόγνωσης υπότυπος). Συγκριτική ανάλυση μεταξύ των τριών πρωτεομικών ομάδων και των τριών υποτύπων της UROMOL έρευνας με το στατιστικό εργαλείο GSEA, έδειξε στατιστικώς σημαντικές φαινοτυπικές ομοιότητες μεταξύ της πρωτεομικής ομάδας 1 και του υποτύπου «κακής» πρόγνωσης της UROMOL καθώς και μεταξύ της πρωτεομικής ομάδας 3 και του υποτύπου «καλής πρόγνωσης». Χρησιμοποιώντας έναν μη επιτηρούμενο μοριακό ταξινομητή Random Forest, οι υψηλού κινδύνου και χαμηλού κινδύνου φαινότυποι των πρωτεομικών ομάδων 1 και 3, επιβεβαιώθηκαν ύστερα από την ταξινόμηση των ασθενών στους υποτύπους «κακής» και «καλής» πρόγνωσης αντίστοιχα, της UROMOL έρευνας. Στατιστικώς σημαντικες πρωτεΐνες που ξεχωρίζουν αυτές τις δυο ακραίες πρωτεομικές ομάδες αλλά και ταυτόχρονα τον διηθητικό από τον μη διηθητικό καρκίνο βρέθηκαν να διαφέρουν σημαντικά και στο επίπεδο του μεταγραφώματος μεταξύ των ομάδων «κακής» και «καλής» πρόγνωσης σε δύο ανεξάρτητες έρευνες (UROMOL και LUND). Τα παραπάνω μόρια συμμετέχουν σε βιολογικές λειτουργίες-κλειδιά για την ανάπτυξη του μη-διηθητικού καρκίνου, όπως στην επαγωγή αποκρίσεων πρωτεϊνικής σταθερότητας, στη σηματοδότηση κυτοκινών και ιντερφερονών, στην αντιγονοπαρουσίαση, στην επεξεργασία πρώιμων mRNAs, σε μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις αλλά και σε μονοπάτια κυτταρικής αύξησης. Συνολικά, η παρούσα μελέτη ταυτοποιεί τρεις πρωτεομικούς υποτύπους του μη διηθητικού καρκίνου και ακολουθώντας μια σύγκριτική ανάλυση με δύο ανεξάρτητες μεταγραφικές έρευνες, παρέχει ομάδες μορίων που μπορεί να οδηγούν τη πρόοδο του καρκίνου και που χρειάζονται επιπλέον επικύρωση στη κλινική πράξη.DNA/RNA-based classification of Bladder Cancer (BC) supports the existence of multiple molecular subtypes, while investigations at the protein level are scarce. The purpose of this study was to investigate if Non-Muscle Invasive Bladder Cancer (NMIBC) can be stratified to biologically meaningful proteomic groups, to establish associations between the proteomics subtypes and previous transcriptomics classification systems and to characterize the continuum of transcriptomics alterations observed in the different stages of the disease. Subsequently, tissue specimens from 117 patients at primary diagnosis (98 with NMIBC and 19 with MIBC), were processed for high resolution LC-MS/MS analysis. Protein quantification was conducted by utilizing the mean abundance of the top three most abundant unique peptides per protein. The proteomics output was subjected to unsupervised consensus clustering, principal component analysis (PCA), and investigation of subtype-specific features, pathways, and genesets, as well as for the construction and validation of a Random Forest based classifier. NMIBC patients were optimally stratified to 3 proteomic subtypes (classes), differing at size, clinico-pathological and molecular backgrounds: Class 1 (mostly high stage/grade/risk samples) was the smallest in size (17/98) and expressed an immune/inflammatory phenotype, along with features involved in cell proliferation, unfolded protein response and DNA damage response, whereas class 2 (mixed stage/grade/risk composition) presented with an infiltrated/mesenchymal profile. Class 3 was rich in luminal/differentiation markers, in line with its pathological composition (mostly low stage/grade/risk samples). PCA revealed a close proximity of class 1 and conversely, remoteness of class 3 to the proteome of MIBC. Samples from class 2 were distributed in a wider fashion at the rotated space. Comparative analysis with GSEA between the three proteomic classes and the three UROMOL subtypes indicated statistically significant associations between the proteomics class 1 and UROMOL subtype 2 (subtype with a bad prognosis) and also between the proteomics class 3 and UROMOL subtype 1 (subtype with the best prognosis). Utilizing a Random Forest based classifier, the predicted high- and low-risk phenotypes for the proteomic class 1 and class 3, were further supported by their classification into the “progressed” and “non-progressed” subtypes of the UROMOL study, respectively. Statistically significant proteins distinguishing these two extreme classes (1 and 3) and also MIBC from NMIBC samples were found to consistently differ at the mRNA levels between NMIBC “Progressors” and “Non-Progressors” groups of the UROMOL and LUND cohorts. Functional assessment of the observed molecular de-regulations suggested severe pathway alterations at unfolded protein response, cytokine and inferferone-γ signaling, antigen presentation, mRNA processing, post translational modifications and in cell growth/division. Collectively, this study identifies three proteomic NMIBC subtypes and following a cross-omics analysis using transcriptomic data from two independent cohorts, shortlists molecular features potentially driving non-invasive carcinogenesis, meriting further validation in clinical trials

Genome-Wide Systems Genetics of Alcohol Consumption and Dependence

Widely effective treatment for alcohol use disorder is not yet available, because the exact biological mechanisms that underlie this disorder are not completely understood. One way to gain a better understanding of these mechanisms is to examine the genetic frameworks that contribute to the risk for developing this disorder. This dissertation examines genetic association data in combination with gene expression networks in the brain to identify functional groups of genes associated with alcohol consumption and dependence. The first study took advantage of the behavioral complexity of human samples, and experimental capabilities provided by mouse models, by co-analyzing gene expression networks in the mesolimbocortical system of acute alcohol-treated mice and human genetic alcohol dependence association data. This study successfully identified ethanol-responsive gene expression networks with overrepresentation of genes suggestively associated with alcohol dependence in an independent human sample, indicating that gene expression networks in mouse models are informative for identifying mechanistic networks relevant to the risk for developing dependence. The second study aimed to identify quantitative trait loci for voluntary alcohol drinking behaviors under an intermittent ethanol access paradigm, in the genetically complex Diversity Outbred mice. After determining high heritability for alcohol consumption and dependence amongst the progenitor strains, we identified several specific genetic loci associated with these traits. One locus replicated results from a human association study of alcohol consumption, and provided insight to the potentially contributing genes. Finally, we identified alcohol consumption-correlated gene expression networks in the prefrontal cortex of these mice. We also mapped quantitative trait loci for network expression levels, some of which overlapped with the behavioral loci, indicating that the functions represented by these modules mediate the relationship between the genotypes in that region and drinking behaviors. Overall, our studies revealed neuroplastic and ubiquitin-related genes pathways involved in alcohol consumption in mice and humans, and that likely contribute to the risk for developing dependence

Transcriptional regulation and disruption in Parkinson disease

The characteristic motor symptoms of Parkinson disease (PD) are primarily the result of the progressive loss of dopaminergic (DA) neurons of the substantia nigra (SN). The common genetic variants responsible for sporadic PD, the mechanisms by which these variants exert their effects, and the origins of the preferential degeneration of SN DA neurons remain largely unknown. We first aimed to identify common, non-coding PD-associated variants. We examined the chromatin of embryonic midbrain DA neurons and identified >100,000 regions of open chromatin, many of which are transcriptional enhancers, as demonstrated by a series of transgenic reporter assays. Among these enhancers, one, in intron 4 of the familial PD gene SNCA, directed reporter expression in catecholaminergic neurons from transgenic mice and zebrafish. Sequencing this enhancer in 986 PD patients and 992 controls revealed two common variants, rs2583959 and rs2737024, associated with elevated PD risk. We next assessed how these and other common disease-associated variants influence transcription and disease risk. We developed a regulatory vocabulary of midbrain DA neurons to identify key transcription factors (TFs) and ranked >7,000 disease-associated variants on their capacity to disrupt TF binding. We tested ~20 prioritized variants using in vitro luciferase reporter assays. Established neuronal cell culture models are not valid cellular surrogates for embryonic DA neurons and resisted in vitro validation. Instead, we employed alternative strategies for evaluating TF and protein binding disruption, like protein binding arrays. Additionally, we characterized an embryonic mouse-derived SN DA neuron cell culture model, SN4741, and evaluated its potential as a cellular surrogate for testing our variant predictions. Finally, we queried the developmental origins of the preferential degeneration of SN DA neurons in PD. We examined single-cell transcriptomes from ~1,200 midbrain DA neurons in a mouse model of PD and characterized subpopulations of neurons, genes, and pathways disrupted in PD at an early post-natal time point. The PD mutation induces precocious maturation of neuroblasts into mature SN neurons, accompanied by striking dysregulation of genes involved in mitochondrial function. We propose a model suggesting a developmental origin of PD involving disrupted mitochondrial dynamics altering neuron maturation in key populations of DA neurons

Systems Analytics and Integration of Big Omics Data

A “genotype"" is essentially an organism's full hereditary information which is obtained from its parents. A ""phenotype"" is an organism's actual observed physical and behavioral properties. These may include traits such as morphology, size, height, eye color, metabolism, etc. One of the pressing challenges in computational and systems biology is genotype-to-phenotype prediction. This is challenging given the amount of data generated by modern Omics technologies. This “Big Data” is so large and complex that traditional data processing applications are not up to the task. Challenges arise in collection, analysis, mining, sharing, transfer, visualization, archiving, and integration of these data. In this Special Issue, there is a focus on the systems-level analysis of Omics data, recent developments in gene ontology annotation, and advances in biological pathways and network biology. The integration of Omics data with clinical and biomedical data using machine learning is explored. This Special Issue covers new methodologies in the context of gene–environment interactions, tissue-specific gene expression, and how external factors or host genetics impact the microbiome

Batch-normalization of cerebellar and medulloblastoma gene expression datasets utilizing empirically defined negative control genes

Motivation: Medulloblastoma (MB) is a brain cancer predominantly arising in children. Roughly 70% of patients are cured today, but survivors often suffer from severe sequelae. MB has been extensively studied by molecular profiling, but often in small and scattered cohorts. To improve cure rates and reduce treatment side effects, accurate integration of such data to increase analytical power will be important, if not essential. Results: We have integrated 23 transcription datasets, spanning 1350 MB and 291 normal brain samples. To remove batch effects, we combined the Removal of Unwanted Variation (RUV) method with a novel pipeline for determining empirical negative control genes and a panel of metrics to evaluate normalization performance. The documented approach enabled the removal of a majority of batch effects, producing a large-scale, integrative dataset of MB and cerebellar expression data. The proposed strategy will be broadly applicable for accurate integration of data and incorporation of normal reference samples for studies of various diseases. We hope that the integrated dataset will improve current research in the field of MB by allowing more large-scale gene expression analyses