Aging associated changes of transcriptional elongation speed and transcriptional error rate

Aging organisms show a pervasive decline in cellular function, with important implications for healthspan and lifespan. Aging associated impairment of gene transcription from Pol II are believed to underlie a large part of this phenotype. Elongation is a particularly important step of transcription since it regulates a lot of cotranscriptional processes, however the exact molecular mechanisms involved in its changes with aging remain unclear. In this thesis, we report the effects of aging in various transcriptional processes across different eukaryotes. We use a combination of previously published and newly-generated next generation sequencing data to understand the mechanisms of aging associated changes in Pol II speed and fidelity We profiled and analyzed genome-wide, aging-related changes in transcriptional processes across different organisms: nematode worms, fruit flies, mice, rats and humans. The average transcriptional elongation speed (Pol II speed) increased with age in all five species. Along with these changes in elongation speed, we observed changes in co-transcriptional processes that are partially regulated by elongation, including splicing alterations, the formation of more circular RNAs and loss of transcriptional fidelity. Two lifespan-extending interventions, dietary restriction and lowered insulin/Igf signaling, both partially reversed some of these aging-related changes. Remarkably, genetic variants of Pol II that reduced its speed in worms and flies increased their lifespan, which proves the importance of elongation rate for organismal longevity. Similarly, reducing Pol II speed by overexpressing histone components, to counter age-associated changes in nucleosome positioning, also extended lifespan in flies and the division potential of human cells. Our findings uncover fundamental molecular mechanisms underlying animal aging and lifespan-extending interventions, and point to possible preventative measures. Furthermore, we developed a new computational pipeline, scErrorRate, that utilizes UMI-based single-cell data to estimate transcriptional error rate. It is a computational approach that does not require the onerous process of rolling circle-based technologies. Using scErrorRate, we were able to profile the error spectrum of Pol II in mice and human cell culture. For the first time, we characterized changes in transcriptional fidelity caused by aging and senescence, showing an overall increase in transcriptional misincorporations. Taken together, this work provides new insight on the fundamental molecular mechanisms underlying aging

Human Motion Recognition: A Geometric Approach Using Deep Learning

Οι πρόσφατες καινοτομίες στον τομέα του υλικού υπολογιστών και ο συνεχόμενα αυξανόμενος όγκος δεδομένων εικόνας και ήχου έχουν αναδείξει την περιοχή της Υπολογιστικής Όρασης σε ένα σημαντικό πεδίο της ευρύτερης περιοχής της επιστήμης των υπολογιστών. Σε αυτό το πλαίσιο έχουν διαμορφωθεί ιδιαίτερα επωφελείς συνθήκες για την αναγνώριση ανθρώπινης κίνησης από βίντεο, που αποτελεί ένα ερευνητικό πεδίο σχετιζόμενο τόσο με την Υπολογιστική Όραση όσο και με την αναγνώριση προτύπων. Αυτό το πεδίο, που υποστηρίζεται από την πρόσφατη εμφάνιση απαιτητικών, πολυδιάστατων συνόλων δεδομένων ανθρώπινης κίνησης μεγάλης κλίμακας, παρέχει αρκετές δυνατότητες για την επίλυση πρακτικών προβλημάτων. Οι λύσεις που προκύπτουν μπορούν να βρουν εφαρμογή σε διάφορους τομείς της ζωής, όπως όπως η υγειονομική φροντίδα ή η επικοινωνία ανθρώπου μηχανής. Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η υλοποίηση μίας πρωτότυπης μεθόδου που θα επιτρέπει την αναγνώριση ανθρώπινων κινήσεων μέσα από ένα πλήθος απαιτητικών σεναρίων. Για να επιτύχουμε αυτό το στόχο αξιοποιούμε τρισδιάστατα χωροχρονικά δεδομένα ανθρώπινων αρθρώσεων, τα οποία επεξεργαζόμαστε χρησιμοποιώντας μετασχηματισμούς εικόνας και γεωμετρικούς μετασχηματισμούς, καθώς και μία αρχιτεκτονική νευρωνικών δικτύων βαθιάς μάθησης για την ταξινόμηση των κινήσεων.The ongoing advances in computer hardware and the ever growing volume of image and video data have made Computer Vision a prosperous field of computer science. In this context, a research area adjacent to both Computer Vision and pattern recognition, namely human motion recognition from video sequences reaps many benefits. This area of research, has been backed up by the recent introduction of challenging, large scale, human action multimodal datasets, offering many opportunities for solving practical problems. Such solutions can be deployed in several aspects of our daily life, such as healthcare or social interaction. In this thesis, our goal is to provide a method which is able to recognize human actions in a multitude of demanding scenarios. To achieve this we utilize spatio-temporal 3-D human joint data, processed with a set of image and geometric transformations, as well as a deep learning neural network architecture for motion classification

“Chasing-the-Dragon” – Toxic Leukoencephalopathy. A Case Report

Toxic leukoencephalopathy occurs as a result of exposure to a wide variety of drugs such as cocaine, ethanol, 3,4-ethylenedioxymethamphetamine, intravenous heroin, psilocybin, toluene as well as inhaled heroin pyrolysate. The leukoencephalopathy caused by inhaled heroin called “chasing the dragon” results in characteristic signal abnormalities on MRI but may present similarities to other toxic leukoencephalopathies as well. We present a case of heroin vapour abuse with a cerebral MRI presenting symmetrical T2 hyperintensities in both of the temporal lobes, the centrum semiovale, the right occipital lobe, and the splenium of the corpus callosum, with restricted diffusion. The MRI findings quickly improved and the patient gradually recovered

Ageing-associated changes in transcriptional elongation influence longevity

Physiological homeostasis becomes compromised during ageing, as a result of impairment of cellular processes, including transcription and RNA splicing1-4. However, the molecular mechanisms leading to the loss of transcriptional fidelity are so far elusive, as are ways of preventing it. Here we profiled and analysed genome-wide, ageing-related changes in transcriptional processes across different organisms: nematodes, fruitflies, mice, rats and humans. The average transcriptional elongation speed (RNA polymerase II speed) increased with age in all five species. Along with these changes in elongation speed, we observed changes in splicing, including a reduction of unspliced transcripts and the formation of more circular RNAs. Two lifespan-extending interventions, dietary restriction and lowered insulin-IGF signalling, both reversed most of these ageing-related changes. Genetic variants in RNA polymerase II that reduced its speed in worms5 and flies6 increased their lifespan. Similarly, reducing the speed of RNA polymerase II by overexpressing histone components, to counter age-associated changes in nucleosome positioning, also extended lifespan in flies and the division potential of human cells. Our findings uncover fundamental molecular mechanisms underlying animal ageing and lifespan-extending interventions, and point to possible preventive measures

Design, implementation, monitoring and evaluation of water safety plans in large public and ptivate buildings of Crete

IntroductionAccording to the estimates of the World Health Organization, 663 million people remain without access to controlled and protected drinking water supplies. Even more, they have no access to safe drinking water, with at least 1.8 billion people using fossil-source water sources. For this reason, since 2004 the WHO has recommended the implementation of water safety plans (WSPs) as the most appropriate means of reducing the contamination of drinking water and the risks to human health from aquatic diseases.The objectives of this PhD thesis were: a) the sanitary investigation of the water supply networks in large public and private buildings in Crete; b) the control of the microbiological quality of water for human consumption in these and c) the evaluation of the WSPs of large hotels of the Region of Crete and on the other hand the exploration of the possibility of designing and implementing WSPs at major Public Hospitals of Crete.MethodsNinety four (94) hotel units in Crete have been selected at which even one case of Legionnaires' Traveler Disease (TALD) had been recorded through the European Legion Disease Surveillance Network (ELDSNet). Of these, 63 applied preventive water quality management measures in the context of the implementation of quality assurance systems (ISO 9000 and ISO 14000) and 31 did not apply any preventative program. Using a specific checklist, the water supply system of the buildings was assessed. A total of 132 hotels were explored throughout Crete from which, 3,311 environmental samples were taken.In the context of the assessment of the water supply system of the Crete hospitals and the investigation of the possibility of designing water safety plans, a total of eight hospitals were inspected. Of these hospitals, 168 samples of water were taken for microbiological analysis from various clinics and sites. Also, 469 samples of water were taken to control the degree of colonization in Legionella spp. Finally, all the results from the samples of hotels and hospitals were tested using a unique code, linked and analyzed both by single-factorial and multifactorial analysis for the search for risk factors.ResultsAccording to the results of microbiological analyzes of 3,311 samples taken from 132 hotels, 685 (20.69%), deriving from 83 (62.89%) hotels, were positive (≥ 50 cfu / L) for Legionella spp. (L. pneumophilla serogroups 1-10, 12-14 and non-pneumophilla species (L. anisa, L. erythra, L. tusconensis, L. taurinensis, L. birminghamensis, L. rubrilucens, L. londiniesis). The colonization of the water supply systems of the Hotel units studied has shown a statistically significant correlation (p value 1): non-application water safety plans, residual chlorine at a concentration of less than 0.2 mg / L, hotel star rating of less than 4 *, age of buildings and water supply networks.Of the 168 water samples taken from hospitals for microbiological analysis, Escherichia coli was detected only in one (0.60%) sample of hospital water at a low concentration of 1 cfu / 100 mL. Enterococci were detected in three samples (1.79%) from three Hospitals at low concentrations, namely 1 cfu / 100 mL (2 samples) and 7 cfu / 100 mL. Pseudomonas aeruginosa was detected in 6 (3.57%) samples from three Hospitals in populations ranging from 1 cfu / 250 mL to 650 cfu / 250 mL (median = 160, Std Dev = 214.94). Common aerobic microbes at 37 ° C / 48h were detected in 39 (23.21%) samples from six hospitals at concentrations of 1 to 95 cfu / mL, while total coliforms were detected in 15 (8.93%) samples from 4 hospitals at low concentrations from 1 cfu / 100 mL to 21 cfu / 100 mL. Our study found that the water networks of the hospitals studied were all colonized by Legionella spp. at which, 237/469 (50.5%) of the samples were found positive (≥50 CFU / L).ConclusionsThe current study revealed that most of the water distribution networks of hotels and hospitals studied were found colonized by Legionella spp. posing a potential risk to both clients, patients and visitors, as well as to employees. The contribution of factors related to the construction, maintenance, management and disinfection of water supply networks, as well as, the requirement for the implementation of WSPs in the water supply systems of hotel units and hospitals was, also, computed. Chemical treatment and monitoring of drinking water quality including chlorine disinfection, pH adjustment, and water temperature control of hot water systems are recommended as control measures in WSPs in conjunction with other parameters. Older hotels and hospitals are at a higher risk.The presence of Legionella spp. in the water distribution networks of both hotels and hospitals is one of the most serious microbiological hazards a WSP must face. The reduction of this risk is therefore a multi-faceted issue that requires both the development of a WSP and its proper implementation. It has also been found that recreational waters, water scenery and watering gardens may serve as Legionella sources and should not be ignored during hotel inspections and the designing of WSPs. Risk assessment, environmental monitoring and disinfection of water systems are the key elements for the prevention of pathogenic micro-organisms.ΕισαγωγήΣύμφωνα με εκτιμήσεις του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας, 663 εκατομμύρια άνθρωποι παραμένουν χωρίς πρόσβαση σε ελεγχόμενες και προστατευμένες πηγές παροχής πόσιμου νερού. Ακόμα περισσότεροι, δεν έχουν πρόσβαση σε ασφαλές πόσιμο νερό, με τουλάχιστον 1,8 δισεκατομμύρια ανθρώπους να χρησιμοποιούν πηγές ύδατος με κοπρανώδη μόλυνση. Για το λόγο αυτό ο Π.Ο.Υ., ήδη από το 2004, συστήνει την εφαρμογή σχεδίων ασφάλειας νερού (WSPs), ως το καταλληλότερο μέσο για να μειωθεί η μόλυνση του πόσιμου νερού καθώς και οι κίνδυνοι για την ανθρώπινη υγεία από τα υδατογενή νοσήματα. Στόχοι της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν: α) η υγειονομική διερεύνηση των δικτύων ύδρευσης σε μεγάλα δημόσια και ιδιωτικά κτίρια της Κρήτης, β) ο έλεγχος της μικροβιολογικής ποιότητας του νερού ανθρώπινης κατανάλωσης σε αυτά και γ) αφενός η αξιολόγηση των σχεδίων ασφάλειας (WSPs) σε μεγάλα ξενοδοχεία της Περιφέρειας Κρήτης και αφετέρου η διερεύνηση της δυνατότητας σχεδιασμού και εφαρμογής σχεδίων ασφάλειας νερού σε μεγάλα Δημόσια Νοσοκομεία της Κρήτης.ΜεθοδολογίαΕπιλέχθηκαν 94 Ξενοδοχειακές μονάδες της Κρήτης στις οποίες είχε καταγραφεί έστω και ένα κρούσμα της νόσου των λεγεωνάριων σε ταξιδιώτες (TALD), μέσω του Ευρωπαϊκού Δικτύου Επιτήρησης για την Νόσο των Λεγεωναρίων (ELDSNet). Από αυτές, οι 63 εφάρμοζαν προληπτικά μέτρα διαχείρισης της ποιότητας του νερού στο πλαίσιο εφαρμογής συστημάτων διασφάλισης ποιότητας (ISO 9000 & ISO 14000) και 31 που δεν εφάρμοζαν κανένα προληπτικό πρόγραμμα. Με τη χρήση ειδικού δελτίου καταγραφής και ειδικού δελτίου ελέγχου, εκτιμήθηκε το σύστημα υδροδότησης των κτιρίων. Συνολικά μελετήθηκαν 132 ξενοδοχεία σε όλη την Κρήτη, από τα οποία ελήφθησαν 3.311 περιβαλλοντικά δείγματα. Στο πλαίσιο της εκτίμησης του συστήματος υδροδότησης των Νοσοκομείων της Κρήτης καθώς και της διερεύνησης δυνατότητας σχεδιασμού σε αυτά σχεδίων ασφάλειας νερού, επιθεωρήθηκαν συνολικά 8 νοσηλευτικά ιδρύματα. Από τα νοσοκομεία αυτά ελήφθησαν 168 δείγματα νερού για μικροβιολογική ανάλυση από διάφορες κλινικές και σημεία. Επίσης ελήφθησαν 469 δείγματα νερού για τον έλεγχο του βαθμού αποικισμού σε αυτά από Legionella spp. Τέλος, όλα τα αποτελέσματα από τα δείγματα των ξενοδοχείων και νοσοκομείων που ελέγχθηκαν, με τη χρήση ενός μοναδικού κωδικού, συνδέθηκαν και αναλύθηκαν τόσο με μονοπαραγοντική όσο και με πολυπαραγοντική ανάλυση για την αναζήτηση παραγόντων κινδύνου.ΑποτελέσματαΣύμφωνα με τα αποτελέσματα των μικροβιολογικών αναλύσεων 3.311 δειγμάτων που ελήφθησαν από τα 132 ξενοδοχεία, τα 685 (20,69%), που προέρχονταν από 83 (62,89%) ξενοδοχεία ήταν θετικά (≥ 50 cfu/L) για Legionella spp. (L. pneumophilla serogroups 1-10, 12-14 and non-pneumophilla species (L. anisa, L. erythra, L. tusconensis, L. taurinensis, L. birminghamensis, L. rubrilucens, L. londiniesis, L. oakridgensis, L. santicrusis, L. brunensis, L. maceacherii). Ο αποικισμός των δικτύων ύδρευσης των Ξενοδοχειακών μονάδων που μελετήθηκαν, παρουσίασε στατιστικά σημαντική συσχέτιση (p value 1): η μη εφαρμογή σχεδίων ασφάλειας νερού, υπολειμματικό χλώριο σε συγκέντρωση μικρότερη των 0,2 mg/L, η κατάταξη σε αστέρια των ξενοδοχείων μικρότερη των 4*, την παλαιότητα των κτιρίων και των δικτύων ύδρευσης κλπ. Από 168 δείγματα νερού που ελήφθησαν από τα νοσοκομεία για μικροβιολογική ανάλυση, ανιχνεύθηκε Escherichia coli μόνο σε ένα 1 (0,60%) δείγμα νερού νοσοκομείου σε χαμηλή όμως συγκέντρωση 1 cfu/100 mL. Εντερόκοκκοι ανιχνεύθηκαν σε 3 δείγματα (1,79%) από 3 Νοσοκομεία σε χαμηλές όμως συγκεντρώσεις και συγκεκριμένα 1 cfu/100 mL (2 δείγματα) και 7 cfu/100 mL. P. aeruginosa ανιχνεύθηκε σε 6 (3,57%) δείγματα από τρία Νοσοκομεία σε πληθυσμούς από 1cfu/250 mL έως 650 cfu /250 mL (median= 160, Std Dev =214,94) Κοινά αερόβια μικρόβια στους 37ᵒC/48h ανιχνεύθηκαν σε 39 (23,21%) δείγματα από 6 νοσοκομεία σε συγκεντρώσεις από 1 έως 95 cfu/mL, ενώ ανιχνεύθηκαν ολικά κολοβακτηριοειδή σε 15 (8,93%) δείγματα από 4 νοσοκομεία σε χαμηλές συγκεντρώσεις από 1 cfu/100 mL έως 21 cfu/100 mL. Στη μελέτη μας διαπιστώθηκε ότι τα δίκτυα νερού των νοσοκομείων που μελετήθηκαν ήταν όλα αποικισμένα από Legionella spp. όπου τα 237/469 (50,5%) των δειγμάτων βρέθηκαν θετικά (≥50 CFU/L).ΣυμπεράσματαΑπό την παρούσα μελέτη διαπιστώθηκε ότι τα περισσότερα δίκτυα διανομής νερού ξενοδοχείων και νοσηλευτικών ιδρυμάτων που μελετήθηκαν, βρέθηκαν αποικισμένα από Legionella spp. αποτελώντας εν δυνάμει κίνδυνο τόσο για τους πελάτες, τους ασθενείς και τους επισκέπτες, όσο και για τους εργαζόμενους σε αυτά. Διαπιστώθηκε επίσης η συμβολή παραγόντων που έχουν σχέση με την κατασκευή, συντήρηση, διαχείριση και απολύμανση των δικτύων ύδρευσης καθώς και η απαίτηση για την εφαρμογή Water Safety Plans στα δίκτυα ύδρευσης ξενοδοχειακών μονάδων και νοσηλευτικών ιδρυμάτων. Η χημική αντιμετώπιση και η παρακολούθηση της ποιότητας του πόσιμου νερού συμπεριλαμβανομένης της απολύμανσης με χλώριο, η ρύθμιση του pΗ, και ο έλεγχος της θερμοκρασίας του νερού στα συστήματα ζεστού νερού συνιστώνται ως μέτρα ελέγχου στα σχέδια ασφάλειας νερού σε συνδυασμό με άλλες παραμέτρους. Τα παλαιότερης χρονολογίας κατασκευής ξενοδοχεία και νοσοκομεία είναι υψηλότερου κινδύνου σε σχέση με τα υπόλοιπα. Η παρουσία του βακτηριδίου Legionella spp. στα δίκτυα διανομής νερού τόσο των ξενοδοχείων όσο και των νοσοκομείων, αποτελεί έναν από τους πιο σοβαρούς μικροβιολογικούς κινδύνους που πρέπει ένα σχέδιο ασφάλειας νερού να αντιμετωπίσει. Η μείωση επομένως του εν λόγω κινδύνου είναι ένα πολύπλευρο θέμα που απαιτεί τόσο την ανάπτυξη ενός WSP όσο και την ορθή εφαρμογή του. Επίσης διαπιστώθηκε ότι τα νερά αναψυχής, τα θεάματα νερού και τα νερά ποτίσματος κήπων, δύνανται να αποτελούν σημεία αποικισμένα από είδη Legionella και δεν πρέπει να αγνοούνται κατά τη διάρκεια επιθεωρήσεων σε ξενοδοχεία καθώς και κατά τον σχεδιασμό σχεδίων ασφάλειας νερού σε αυτά. Η αξιολόγηση του κινδύνου, η περιβαλλοντική παρακολούθηση και η απολύμανση των υδάτινων συστημάτων αποτελούν τα βασικά στοιχεία για την πρόληψη του κινδύνου από παθογόνους μικροοργανισμούς

A Multi-Modal Egocentric Activity Recognition Approach towards Video Domain Generalization

Egocentric activity recognition is a prominent computer vision task that is based on the use of wearable cameras. Since egocentric videos are captured through the perspective of the person wearing the camera, her/his body motions severely complicate the video content, imposing several challenges. In this work we propose a novel approach for domain-generalized egocentric human activity recognition. Typical approaches use a large amount of training data, aiming to cover all possible variants of each action. Moreover, several recent approaches have attempted to handle discrepancies between domains with a variety of costly and mostly unsupervised domain adaptation methods. In our approach we show that through simple manipulation of available source domain data and with minor involvement from the target domain, we are able to produce robust models, able to adequately predict human activity in egocentric video sequences. To this end, we introduce a novel three-stream deep neural network architecture combining elements of vision transformers and residual neural networks which are trained using multi-modal data. We evaluate the proposed approach using a challenging, egocentric video dataset and demonstrate its superiority over recent, state-of-the-art research works