Single-Cell Epigenomics and Functional Fine-Mapping of Atherosclerosis GWAS Loci

Rationale: Genome-wide association studies have identified hundreds of loci associated with coronary artery disease (CAD). Many of these loci are enriched in cisregulatory elements but not linked to cardiometabolic risk factors nor to candidate causal genes, complicating their functional interpretation. Objective: Single-nucleus chromatin accessibility profiling of the human atherosclerotic lesions was used to investigate cell type-specific patterns of cisregulatory elements, to understand transcription factors establishing cell identity, and to interpret CAD-relevant, noncoding genetic variation. Methods and Results: We used single-nucleus ATAC-seq (assay for transposase-accessible chromatin with sequencing) to generate DNA accessibility maps in >7000 cells derived from human atherosclerotic lesions. We identified 5 major lesional cell types including endothelial cells, smooth muscle cells, monocyte/macrophages, natural killer/T cells, and B cells and further investigated subtype characteristics of macrophages and smooth muscle cells transitioning into fibromyocytes. We demonstrated that CAD-associated genetic variants are particularly enriched in endothelial and smooth muscle cell-specific open chromatin. Using single-cell coaccessibility and cis-expression quantitative trait loci information, we prioritized putative target genes and candidate regulatory elements for approximate to 30% of all known CAD loci. Finally, we performed genome-wide experimental fine-mapping of the CAD variants identified in genome-wide association studies using epigenetic quantitative trait loci analysis in primary human aortic endothelial cells and self-transcribing active regulatory region sequencing (STARR-Seq) massively parallel reporter assay in smooth muscle cells. This analysis identified potential causal single-nucleotide polymorphisms (SNPs) and the associated target gene for over 30 CAD loci. We present several examples where the chromatin accessibility and gene expression could be assigned to one cell type predicting the cell type of action for CAD loci. Conclusions: These findings highlight the potential of applying single-nucleus ATAC-seq to human tissues in revealing relative contributions of distinct cell types to diseases and in identifying genes likely to be influenced by noncoding genome-wide association study variants.</p

Dissecting the polygenic basis of atherosclerosis via disease-associated cell state signatures

Coronary artery disease (CAD) is a pandemic disease where up to half of the risk is explained by genetic factors. Advanced insights into the genetic basis of CAD require deeper understanding of the contributions of different cell types, molecular pathways, and genes to disease heritability. Here, we investigate the biological diversity of atherosclerosis-associated cell states and interrogate their contribution to the genetic risk of CAD by using single-cell and bulk RNA sequencing (RNA-seq) of mouse and human lesions. We identified 12 disease-associated cell states that we characterized further by gene set functional profiling, ligand-receptor prediction, and transcription factor inference. Importantly, Vcam1+ smooth muscle cell state genes contributed most to SNP-based heritability of CAD. In line with this, genetic variants near smooth muscle cell state genes and regulatory elements explained the largest fraction of CAD-risk variance between individuals. Using this information for variant prioritization, we derived a hybrid polygenic risk score (PRS) that demonstrated improved performance over a classical PRS. Our results provide insights into the biological mechanisms associated with CAD risk, which could make a promising contribution to precision medicine and tailored therapeutic interventions in the future.publishedVersionPeer reviewe

Osallistavan paikkatiedon vaikutus kaupunkisuunnitteluun

Public participation is an essential part of today’s Western urban planning practices and it’s often legally demanded. However, it has been recognized that the traditional methods for organizing participation have certain challenges regarding the participation process as well as the usability of the collected knowledge (e.g., Kahila-Tani et al., 2015). As a result, new participation methods have surfaced. In this thesis, the participation method of PPGIS (Public Participation Geographical Information System) is studied. It has been recognized that the use of PPGIS tools often increases the quality of the participation process, and the method has great potential to lead to more influential participation (e.g., Kahila-Tani et al., 2015). However, despite its potential, in practice, the use of PPGIS tools hasn’t been yet shown to translate into a higher influence on the outcomes of planning processes (Kahila-Tani et al., 2015; Kahila-Tani et al. 2019; Hasler et al., 2017). Therefore, the goal of the thesis is to gain a deeper understanding of the influence that PPGIS knowledge has on urban planning. The study is conducted by interviewing urban planners across different Finnish municipalities, who have utilised the PPGIS tool called Maptionnaire in an urban planning project. Based on the interviews, it was recognized that the knowledge collected with a PPGIS tool has been highly valued by the planners, often leading to concretely influential participation. Examples of this are presented in this thesis. Based on the interviews, it was identified how the planners are utilizing the tool. Therefore, this study can emphasize the benefits of participation, as well as encourage municipalities and planners to utilize the PPGIS tools more widely by providing information and examples regarding the benefits the interviewed planners have gotten from the use of the tool. Additionally, factors that are limiting the influence of PPGIS knowledge were recognized. The main factor was the unsuitability of the knowledge with the planning process in question, as well as with the boundary conditions and other restrictions. Based on this, it was recognized that this could be partly prevented by systematically storing and sharing the PPGIS knowledge and by better informing the participants about the details of the planning process.Osallistuminen on keskeinen osa nykypäivän länsimaista kaupunkisuunnittelua, ja sitä vaaditaan usein myös laissa. On kuitenkin tunnistettu, että perinteisiin osallistumismenetelmiin sisältyy tiettyjä haasteita liittyen osallistumisprosessiin, sekä tuotettavan tiedon hyödyntämiseen (mm. Kahila-Tani ym., 2015). Tämän seurauksena on luotu uusia osallistumismenetelmiä. Tässä työssä tutkimuksen kohteena on PPGIS (Public Participation Geographical Information System) -menetelmä. Tutkimuksissa on todettu PPGIS -työkalujen lisäävän osallistumisprosessin laatua, sekä tunnistettu, että menetelmällä on potentiaali luoda hyvin vaikutuksellista osallistumista (mm. Kahila-Tani et al., 2015). Tästä huolimatta, käytännössä ei ole vielä ilmennyt todisteita tämän potentiaalin realisoitumisesta vaikuttavuutena suunnitteluprosessin lopputulokseen (Kahila-Tani ym., 2015; Kahila-Tani ym. 2019; Hasler ym., 2017). Täten tämän työn tavoitteena on hankkia syvempää ymmärrystä PPGIS -tiedon vaikutuksesta kaupunkisuunnitteluun. Tämä tutkimus on suoritettu haastattelemalla kaupunkisuunnittelijoita Suomen eri kunnista, jotka ovat hyödyntäneet Maptionnaire -nimistä PPGIS -työkalua kaupunkisuunnitteluprojektissa. Haastattelujen tuloksena tunnistettiin suunnittelijoiden arvostaneen työkalulla kerättyä tietoa. Tämä on usein johtanut siihen, että osallistumisella on ollut konkreettista vaikutusta suunnitteluprosessissa. Työssä esitellään esimerkkejä tästä. Lisäksi haastatteluista saatiin informaatiota siitä kuinka suunnittelijat käyttävät työkalua, Tämä tutkimus korostaa osallistamisesta saatavia hyötyjä sekä mahdollisesti rohkaisee kuntia ja suunnittelijoita hyödyntämään PPGIS -työkaluja laajemmin tarjoamalla tietoa ja esimerkkejä siitä, mitä haastatellut suunnittelijat ovat saaneet työkalun käytöstä. Lisäksi työssä tunnistettiin vaikuttavuutta rajoittavia tekijöitä. Näistä merkittävimmäksi osoittautui kerättävän tiedon soveltuvuus kyseiseen suunnitteluprosessiin ja erilaisiin reunaehtoihin. Tämän johdosta työssä esitetään ratkaisuja asiaan, kuten tiedon systemaattinen arkistointi ja jakaminen suunnitteluorganisaatiossa ja osallisten parempi informointi koskien suunnitteluprosessin yksityiskohtia

Operatiivisen ostotoiminnan kehittäminen

Tämä opinnäytetyö tehtiin toimeksiantajayritykseen osana käynnissä olevaa LEAN-projektia. Se rajattiin käsittelemään operatiivisen oston toiminnan kehitystä. Tämä saavutettiin päivittämällä tärkeimmät nimikkeet varasto-ohjautuviksi Abc-analyysin avulla. Esiin nousi myös oston tarve parantaa toimittajayhteistyötä, mikä saavutettiin käyttöönottamalla toimittajaportaali sähköiseen tilausten hallintaan. Näiden lisäksi ostolla oli tarve automatisoida ostotilausprosessia, jotta turha ajankulutus manuaalisista vaiheista voitaisiin kohdentaa tärkeämpiin ostontoimintoihin. Toimeksianto toteutti toimittajaportaalin käyttöönoton, tärkeimpien nimikkeiden ohjausarvojen uudelleen määrittelyn ja tilausprosessin automatisoinnin. Näiden toteutuksien myötä oli mahdollista tehostaa ostajien ajankäyttöä ja samalla vähennettiin merkittävästi inhimillisten virheiden mahdollisuutta oston toiminnassa. Opinnäytetyössä käsitellään oston ohjaukseen ja toimittajasuhteisiin liittyviä teorioita, joita sovellettiin toteutuksessa toimeksiantajan toiveiden mukaan. Työssä esitellään myös toimittajasuhteiden teoriaa, joka on ostotoiminnan kehityksen kannalta tärkeä aihealue. Opinnäytetyöllä saatiin ostotoimintaan välittömästi vaikuttavia tuloksia, jotka käyttöönoton jälkeen tehostivat ostajan päivittäistä toimintaa välittömästi. Nimikkeiden ohjausarvojen uudelleen määrittely taas nosti hetkellisesti varaston arvoa, mutta pitkällä aikavälillä se tulee kuitenkin laskemaan toimeksiannon aikaisesta arvostaan.This bachelor’s thesis was done for the commissioning company as part of a larger LEAN project. The study was limited to address the development of operational purchasing which was accomplished by updating the most important items to be stockpiled and by deploying a vendor portal for electronic order management. In addition to these, the purchasing unit needed to automate the purchasing process so that unnecessary time spent on manual steps could be focused on more important activities for the purchasing team. The assignment involved the implementation of a vendor portal, redefinition of control values for key items and automation of the purchasing process. These implementations resulted in more efficient time management for the purchasers and a clear reduction in human errors in purchasing actions. The theory part of the thesis deals with theories of purchasing control and supplier relations, which are applied according to the client’s wishes. It also introduces the theory of supplier relationships, an important topic for the development of purchasing. This thesis produced results that had a direct impact on purchasing actions, which immediately afterwards enabled the purchaser to work more effectively each day. The redefinition of the control values of the important items, on the other hand, increased current value of the stock, but in the long run the value will decrease

Verkkolomakkeiden käyttöliittymän ja taustapalvelun validointilogiikan toteutuksien yhdistäminen

When processing user input in forms and in a more general context, the input data must be validated to ensure that the data is correct and does not cause security issues. This validation can and should be performed both on the client and on the application server. Despite the similarity of the validation rules in both environments, the implementations of these validation phases are almost always separated due to differing technologies used on both sides as well as the differing access to the databases used by the service. This leads to the validation logic being duplicated on the client and the server, which in turn leads to the need to maintain validation implementations separately on both sides. This thesis investigates the possible solutions to the unification of the separate implementations of validation logic. It reviews the academic literature on the topic with the aim of discovering solution ideas and approaches as well as readily implemented solutions. In addition to implementations, the thesis evaluates the usefulness of the solutions. The thesis discovers that the academic literature on the topic is very scarce. It also presents three possible approaches to solve the duplication problem: a dedicated validation server, reuse of server-side validation and the generation of validation code for client and server on the basis of a specification. Of the three, the generative approach is seen as the most promising as it does not rely on the availability of a server, and it solves the duplication issue while allowing client-side validation to be performed on the client. Prototype implementations of a specification-based validation library for a ReactJS client and Node.js server are presented. The results of the thesis suggest that unification of client-side and server-side validation implementations is possible by generating the validation functions on both sides. The specification-based approach is likely to be especially useful for forms with complicated logic and interdependence between fields.Verkkosovelluksen turvallisuuden ja siinä käsitellyn datan oikeellisuuden varmistamiseksi verkkolomakkeiden käsittelyssä on pidettävä huoli siitä, että niihin syötetty data tarkistetaan. Tämä tarkistus eli validointi pitäisi suorittaa sekä asiakkaan että palvelimen puolella. Lomakkeiden tarkistussäännöt ovat tyypillisesti molemmilla puolilla hyvin samankaltaisia, mutta toteutukset on tehtävä erillisiksi asiakas- ja palvelinpuolten eriävien teknologioiden ja asiakkaalta yleisesti puuttuvan tietokantayhteyden vuoksi. Toteutusten erillisyys johtaa validointilogiikan kahdentumiseen, mikä puolestaan aiheuttaa tarpeen ylläpitää kahta toteutusta yhden sijaan. Tämä diplomityö tutkii mahdollisia ratkaisuja validointilogiikan erillisten toteutusten yhdistämiseen. Se tutkii aihetta käsittelevää akateemista kirjallisuutta mahdollisten ratkaisuideoiden, lähestymistapojen ja jopa valmiiden ratkaisujen löytymiseksi. Toteutusten tutkimisen lisäksi diplomityö arvioi ratkaisujen hyödyllisyyttä. Diplomityössä havaitaan, että aihetta käsittelevä akateeminen kirjallisuus on vähäistä. Siinä myös esitellään kolme mahdollista lähestymistapaa kahdentumisongelman ratkaisuun: erillinen validointipalvelin, palvelinpuolen toteutuksen tarjoaminen asiakkaalle verkon yli ja validointikoodin generointi asiakas- ja palvelinpuolelle lomakemäärittelydokumentin perusteella. Näistä vaihtoehdoista määrittelyn perusteella validointikoodin generointi todetaan lupaavimmaksi, sillä se mahdollistaa asiakaspuolen validoinnin asiakkaan puolella yleisessä tapauksessa ja myös palvelimen ollessa tavoittamattomissa. Tästä lähestymistavasta esitetään ReactJS-kirjastolla toteutetulle asiakkaalle ja Node.js-teknologialla toteutetulle palvelimelle tehdyt prototyyppitoteutukset. Diplomityön tuloksista voidaan päätellä, että asiakas- ja palvelinpuolen toteutusten yhdistäminen on mahdollista generointimenetelmällä. Generointimenetelmä on todennäköisesti erityisen hyödyllinen monimutkaisille lomakkeille, joissa kenttien välillä on keskinäisriippuvuuksia

Tetracycline resistance genes in aquaculture with a focus on inactivation enzyme-coding tet(X)

Bakteereilla esiintyvä antibioottivastustuskyky on ollut maailmanlaajuisessa kasvussa sekä puheenaiheena että terveydenhuollon ongelmana. Yksi vastustuskyvyn lähteistä löytyy kalankasvatuksesta. Kalojen tauteja hoidetaan ihmisten lääkitsemiseen käytettävillä antibiooteilla, jotka luovat valintapainetta vesistön bakteereihin. Kalankasvatuksessa yleisesti käytettäviin antibiootteihin kuuluvat tetrasykliinit, lääkeryhmä, joka rampauttaa mikrobin proteiinisynteesijärjestelmän. Uuden sukupolven tetrasykliineihin kuuluva tigesykliini on yksi viimeisen linjan antibiooteista, joita käytetään bakteeri-infektion hoitoon silloin, kun mikään muu lääke ei toimi. Tutkimuksessa mitattiin Keski-Suomessa sijaitsevien kalankasvatuslaitosten sisään- ja ulostulovesistä vastustuskykyisten bakteerien, sekä kolmen resistenssigeenin, tet(A):n, tet(C):n ja tet(X):n määriä. Mainituista geeneistä tet(X) koodaa entsyymiä, joka kykenee inaktivoimaan suurinta osaa tetrasykliineistä, mukaan lukien tigesykliiniä. Tämän vuoksi suoritettiin myös kasvatuskokeita, joissa tarkasteltiin, miten tet(X):n sisältävän bakteeri-isolaatin, SK7:n, läsnäolo vaikutti tetrasykliiniherkän Escherichia coli -kannan DH5α kasvuun tetrasykliinimaljoilla. Tulosten perusteella voitiin todeta, että sekä vastustuskykyisten bakteerien että resistenssigeenien määrä oli selvästi suurempi poistovedessä sisääntuloveteen verrattuna. Lisäksi tet(X)-geeniä käyttävän SK7:n läsnäolo salli DH5α:n kasvun tetrasykliinimaljoilla. Näin ollen on mahdollista, että tiukasta antibioottien käyttöä koskevasta lainsäädännöstä huolimatta antibioottiresistenssi voi kehittyä luonnonpopulaatioissa kalankasvatuksen seurauksena.One of the sources for antibiotic resistance, a major problems facing global healthcare, can be found in aquaculture. Fish farms use the same antibiotics as we do in hospitals or get from the pharmacy. These include tetracyclines, a group of antibiotics that inactivate the translational system of the bacterial cell. Almost all tetracycline resistance genes code for efflux pumps or protective proteins, but one gene, tet(X), codes for a degradative enzyme that has been shown to be able to inactivate most tetracyclines irreversibly, including the last-line drug tigecycline. In this study we collected water samples from fish farms in Central Finland and measured the overall amounts of tetracycline resistant bacteria using plating methods and the number of the resistance genes tet(A), tet(C) and tet(X) by reaction qPCR analysis in the farm’s inlet and outlet waters. We also isolated one bacterial strain harboring the tet(X) gene and monitored the effect of its presence to the growth of the susceptible Escherichia coli strain DH5α in the presence of tetracycline. We were able to show that fish farming increases tetracycline resistance, with tet(C) being the most abundant in the outlet water. The amount of tetracycline-inactivating gene tet(X) increased also considerably, and the tet(X)-harboring bacterial isolate SK7 enabled the growth of tetracycline-susceptible DH5α on plates containing the antibiotic. So, even with the highly regulated antibiotic usage in EU, antibiotics used in aquaculture may cause changes in the resistance gene profile in the environment