Network markers of DNA methylation in neurodegenerative diseases

One of the ways to reveal underlying complexity in high-dimensional data is a parenclitic network approach. Analysis of DNA methylation requires an understanding of interrelations between different genes that can be achieved through reconstructing unknown connectivity. In this paper, we identify network patterns that occur in DNA methylation of Down syndrome patients associated with aging and disease processes

Age-related trajectories of DNA methylation network markers: a parenclitic network approach to a family-based cohort of patients with Down Syndrome

Despite the fact that the cause of Down Syndrome (DS) is well established, the underlying molecular mechanisms that contribute to the syndrome and the phenotype of accelerated aging remain largely unknown. DNA methylation profiles are largely altered in DS, but it remains unclear how different methylation regions and probes are structured into a network of interactions. We develop and generalize the Parenclitic Networks approach that enables finding correlations between distant CpG probes (which are not pronounced as stand-alone biomarkers) and quantifies hidden network changes in DNA methylation. DS and a familybased cohort (including healthy siblings and mothers of persons with DS) are used as a case study. Following this approach, we constructed parenclitic networks and obtained different signatures that indicate (i) differences between individuals with DS and healthy individuals; (ii) differences between young and old healthy individuals; (iii) differences between DS individuals and their age-matched siblings, and (iv) difference between DS and the adult population (their mothers). The Gene Ontology analysis showed that the CpG network approach is more powerful than the single CpG approach in identifying biological processes related to DS phenotype. This includes the processes occurring in the central nervous system, skeletal muscles, disorders in carbohydrate metabolism, cardiopathology, and oncogenes. Our open-source software implementation is accessible to all researchers. The software includes a complete workflow, which can be used to construct Parenclitic Networks with any machine learning algorithm as a kernel to build edges. We anticipate a broad applicability of the approach to other diseases

ІНФОРМАЦІЙНА СИСТЕМА (ІС) ДЛЯ ОТРИМАННЯ ТА ОБРОБЛЕННЯ МІКРОСКОПІЧНИХ ЗОБРАЖЕНЬ ЦИРКУЛЮЮЧИХ ПУХЛИННИХ КЛІТИН (ЦПК)

The article presents the structure and implementation of an information system for obtaining and processing microscopic images of the CPC. It is determined that identification of CPC is a complex task, which is practically inaccessible to clinical doctors due to the absence of relevant medical protocols and technological standards for the detection of CPC. The methods of isolation of the CPC are given, and the seven: the technology of separation by morphological features, the method of dividing by density gradient, using centrifugation and subsequent allocation by the OncoQuick technology of the CPC, immune-magnetic methods in which tumor cells interact with antibodies against the markers of CPP with conjugated magnetic particles, after which the cancer cells can be obtained by means of a magnetic field, and their disadvantages. The information system for obtaining and analyzing microscopic images of the CPK, which consists of 4 subsystems: venous blood filtration is developed. Receiving and preprocessing images of the CPC; the formation of images of the CPC and the "intellectual" image processing of the CPC, which, together with the patient's venous blood filtration subsystem, is the basic structural element of information technology for the determination of circulating tumor cells in human blood. The peculiarity of the developed system is the introduction into its structure of the subsystem of "intellectual" image processing of the CPC, which serves as a subsystem of maintaining decision-making and provides almost 100% conformity of the diagnosis to the actual situation, eliminating ambiguity in its interpretation. The problem solving was found, namely, the application of the information system proposed by the authors for the receipt and processing of microscopic images of the MIC for early diagnosis of oncology diseases.В статье приведена структура и реализацию информационной системы для получения и обработки микроскопических изображений ЦОК. Определено, что идентификация ЦОК является сложной задачей, которая практически недоступна клиническим врачам за причины отсутствия соответствующих медицинских протоколов и технологических стандартов выявления ЦОК. Приведены методы выделения ЦОК, а семе: технологии разделения по морфологическим признакам, метод разделения по градиенту плотности с использованием центрифугирования и последующего выделения технологии OncoQuick ЦОК, имуномагнитные методы, в которых опухолевые клетки взаимодействуют с антителами против маркеров ЦОК с конъюгированными магнитными частицами, после чего раковые клетки можно получить с помощью магнитного поля, и их недостатки. Разработана информационная система для получения и анализа микроскопических изображений ЦОК, состоит из 4-х подсистем: фильтрации венозной крови получения и предварительной обработки изображений ЦОК; формирования изображений ЦОК и «интеллектуальной» обработки изображений ЦОК, вместе с подсистемой фильтрации венозной крови пациента представляет собой базовый структурный элемент информационной технологии для определения циркулирующих опухолевых клеток в крови человека. Особенностью разработанной системы является введение в ее структуру подсистемы «интеллектуальной» обработки изображений ЦОК, выполняет функции подсистемы поддержания принятия решений и обеспечивает практически 100% соответствие поставленного диагноза реальной ситуации, исключив неоднозначность в его интерпретации. Найдено решение проблемы, а именно применение предложенной авторами информационной системы для получения и обработки микроскопических изображений ЦОК для ранней диагностики онкологических заболеваний.У статті наведено структуру та реалізацію інформаційної системи для отримання та оброблення мікроскопічних зображень ЦПК. Визначено, що ідентифікація ЦПК є складною задачею, яка практично недоступна клінічним лікарям за причини відсутності відповідних медичних протоколів і технологічних стандартів виявлення ЦПК. Наведено методи виділення ЦПК, а семе: технології поділу за морфологічними ознаками, метод поділу за градієнтом щільності, з використанням центрифугування і подальшого виділення технологією OncoQuick ЦПК, імуномагнітні методи, в яких пухлинні клітини взаємодіють з антитілами проти маркерів ЦПК з кон'югованими магнітними частинками, після чого ракові клітини можна отримати за допомогою магнітного поля, та їх недоліки. Розроблено інформаційну систему для отримання та аналізу мікроскопічних зображень ЦПК, яка складається з 4-х підсистем: фільтрації венозної крові; отримання і попередньої обробки зображень ЦПК; формування зображень ЦПК та «інтелектуальної» обробки зображень ЦПК, яка разом з підсистемою фільтрації венозної крові пацієнта представляє собою базовий структурний елемент інформаційної технології для визначення циркулюючих пухлинних клітин в крові людини. Особливістю розробленої системи є введення до її структури підсистеми «інтелектуальної» обробки зображень ЦПК, яка виконує функції підсистеми підтримання прийняття рішень і забезпечує практично 100% відповідність поставленого діагнозу реальній ситуації, виключивши неоднозначність в його інтерпретації. Знайдено вирішення проблеми, а саме застосування запропонованої авторами інформаційної системи для отримання та оброблення мікроскопічних зображень ЦПК для ранньої діагностики онкологічних захворювань

THE SIGNIFICANCE OF OSTEOPONTINE AND MATRIX METALLOPROTEASE-9 IN THORACAL AORTA ANEURYSM DEVELOPMENT

Aim. To evaluate the significance of osteopontine and MMP-9 in the development of thoracal aorta aneurysm in patients with tricuspid (TAV) and bicuspid (BAV) aorta valve. Material and methods. Totally 94 patients included with the dilation of thoracal aorta for more than 40 mm, and 50 patients without aorta pathology, that were the comparison group. All patients underwent echocardiographic study by Vivid 7 (GE, USA) device by standard protocol. The osteopontine concentration and MMP-9 were measured in blood serum with manual plate immune-enzyme assay. Results. The concentration of MMP-9 in blood serum of the patients with aorta pathology and TAV did not differ significantly with the value in comparison group. Otherwise, in IHD the concentration of MMP-9 was significantly higher than in patients without aorta pathology (164,9±76,6 ng/ml and 106,8±82,7 ng/ml, respectively, p<0,01) and closely correlated with the Valsalva sinuses diameters (r=0,302, р=0,007). Comparative analysis of the osteopontine serum concentration did not show differences in the subgroups studied.Conclusion. The positive correlation revealed of the aorta diameter and concentration of MMP-9 in blood serum of the patients with BAV confirms not only the differences in the pathogenesis of thoracal aorta aneurysm in TAV and BAV, but makes it possible to think on the usage of MMP-9 as biomarker of thoracal aorta dilatation

О связи протонного облучения и термической обработки монокристаллического кремния с его структурой

The method of two-crystal X-ray diffractometry is used to control the quality and perfection of monocrystalline silicon obtained by implantation of hydrogen ions and subsequent thermal annealing, which is used in a number of semiconductor technologies. The principal feature of this approach is the ability to quickly obtain reliable experimental results, which was confirmed in this paper by the use of X-ray topography. The presented data provide information on the state of the disturbed layer of silicon crystals of n-type conductivity (ρ = 100 Om ⋅ cm) by orientation (111), 2 mm thick, implanted by protons with energy E = 200, 300, 100 + 200 + 300 keV, dose D = 2 ⋅ 1016cm-2 and subjected to subsequent thermal treatment in the temperature range T from 100 to 900 °С. We have established a non-monotonic dependence of the integral characteristics of the disturbed layer, namely the average effective thickness Leff and the average relative deformation ∆а/а, on annealing temperature, with the maximum level of distortion in the field of temperature ∼300 °С, using the method of integral characteristics. Obtained data allowed to assess the general condition of disturbed layer during thermal treatment.Метод двухкристальной рентгеновской дифрактометрии применен для контроля качества и совершенства монокристаллического кремния, получаемого с помощью имплантации ионов водорода и последующего термического отжига, который используется в ряде полупроводниковых технологий. Принципиальная особенность данного подхода состоит в возможности быстрого получения надежных экспериментальных результатов, что было подтверждено путем использования рентгеновской топографии. Представлены данные о состоянии нарушенного слоя кристаллов кремния n-типа проводимости (ρ = 100 Ом ⋅ см) ориентацией (111) толщиной 2 мм, имплантированных протонами с энергией Е = 200, 300 и 100 + 200 + 300 кэВ и дозой имплантации D = 2 ⋅ 1016 см-2 и подвергнутых последующей термической обработке в интервале температур Т от 100 до 900 °С. С использованием метода интегральных характеристик установлена немонотонная зависимость интегральных характеристик нарушенного слоя, а именно: средней эффективной толщины Lэфф и средней относительной деформации ∆а/а от температуры отжига, с максимальным уровнем искажений в области температуры ∼300 °С. Показано, что полученные данные позволили оценить общее состояние нарушенного слоя при термообработке

Age-related trajectories of DNA methylation network markers: A parenclitic network approach to a family-based cohort of patients with Down Syndrome

Despite the fact that the cause of Down Syndrome (DS) is well established, the underlying molecular mechanisms that contribute to the syndrome and the phenotype of accelerated aging remain largely unknown. DNA methylation profiles are largely altered in DS, but it remains unclear how different methylation regions and probes are structured into a network of interactions. We develop and generalize the Parenclitic Networks approach that enables finding correlations between distant CpG probes (which are not pronounced as stand-alone biomarkers) and quantifies hidden network changes in DNA methylation. DS and a family-based cohort (including healthy siblings and mothers of persons with DS) are used as a case study. Following this approach, we constructed parenclitic networks and obtained different signatures that indicate (i) differences between individuals with DS and healthy individuals; (ii) differences between young and old healthy individuals; (iii) differences between DS individuals and their age-matched siblings, and (iv) difference between DS and the adult population (their mothers). The Gene Ontology analysis showed that the CpG network approach is more powerful than the single CpG approach in identifying biological processes related to DS phenotype. This includes the processes occurring in the central nervous system, skeletal muscles, disorders in carbohydrate metabolism, cardiopathology, and oncogenes. Our open-source software implementation is accessible to all researchers. The software includes a complete workflow, which can be used to construct Parenclitic Networks with any machine learning algorithm as a kernel to build edges. We anticipate a broad applicability of the approach to other diseases

Systematic study of (p,γ) reactions on Ni isotopes

A systematic study of the radiative proton capture reaction for all stable nickel isotopes is presented. The results were obtained using 2.0-6.0 MeV protons from the 11-MV tandem Van de Graaff accelerator at the University of Notre Dame. The γ rays were detected by the NSCL-SuN detector utilizing the γ-summing technique. The results are compared to a compilation of earlier measurements and discrepancies between the previous data are resolved. The experimental results are also compared to the theoretical predictions obtained using the non-smoker and smaragd codes. Based on these comparisons an improved set of astrophysical reaction rates is proposed for the (p,γ) reactions on the stable nickel isotopes as well as for the 56Ni(p,γ)57Cu reaction.Peer reviewedFinal Accepted Versio

Effect of proton doping and heat treatment on the structure of single crystal silicon

The quality and structural perfection of single crystal silicon have been studied using double-crystal X-ray diffraction after hydrogen ion implantation and thermal annealing used in a number of semiconductor technologies. The fundamental difference of this approach is the possibility to rapidly obtain reliable experimental results which were confirmed using X-ray topography. Data have been presented for the condition of the damaged layer in n-type silicon single crystals (r = 100 W × cm) having the (111) orientation and a thickness of 2 mm after proton implantation at energies E = 200, 300 and 100 + 200 + 300 keV and dose D = 2 × 1016 cm-2 and subsequent heat treatment in the T = 100–900 °C range. Using the method of integral characteristics we have revealed a nonmonotonic dependence of the integral characteristics of the damaged layer, i.e., the mean effective thickness Leff and the mean relative deformation Da/a, on the annealing temperature, the maximum deformation being observed for ~300 °C. The results have allowed us to make a general assessment of the damaged layer condition after heat treatment