- / -

Οικογενής Υπερχοληστερολαιμία (FH) είναι η επικρατής αυτοσωμική νόσος, κατά την οποία τα επίπεδα χοληστερόλης στο αίμα είναι αυξημένα, εμφανίζονται ξανθώματα και ένα αυτοσωμικό επικρατές χαρακτηριστικό για στεφανιαία αρτηριακή νόσος (CAD). Η FH προκαλείται από ανωμαλία στο γονίδιο LDL-R και κάποιες φορές και στο γονίδιο APOB (apolipoprotein B-100). Η ετεροζυγία του LDLR συναντάται σε αναλογία πληθυσμού 1:500. Πρόσφατα παρατηρήθηκε ότι και το γονίδιο PCSK9 (proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) προκαλεί FH. Τα γονίδια APOB και PCSK9 αποκλείστηκαν από τη συγκεκριμένη έρευνα. Στόχοι της διατριβής ήταν (α) η καταγραφή των μεταλλάξεων του γονιδίου LDLR (Low Density Lipoprotein Receptor) σε 21 πληθυσμούς, (β) ο υπολογισμός της συχνότητας αυτών των μεταλλάξεων και (γ) η προσθήκη αυτών των δεδομένων σε μία γενετική βάση δεδομένων, την FINDbase, η οποία δίνει πληροφορίες για τη συχνότητα μιας μετάλλαξης σε κάθε χώρα καθώς και το φαρμακευτικό δείκτη της. Από τους 21 πληθυσμούς, οι 14 προέρχονταν από Ευρωπαϊκές χώρες (Ελλάδα, Γερμανία,Πορτογαλία, Τσεχία, Ολλανδία, Ισπανία, Βρετανία, Ιταλία, Πολωνία, Σουηδία, Γαλλία, Αυστρία, Βέλγιο και Δανία) και οι υπόλοιποι από την Κίνα, την Ιαπωνία, την Μαλαισία, το Λίβανο, τις Φιλιππίνες, την Ταϊβάν και το Καναδά. Τα δεδομένα των μεταλλάξεων σε κάθε πληθυσμό αντλήθηκαν από άρθρα (papers) μέσω της Βάσης Δεδομένων Pubmed και της μηχανής αναζήτησης Google. Τα άρθρα επιλέχθηκαν με βάση (1) το μέγεθος του δείγματος και (2) τη χρονολογία πραγματοποίησης της έρευνας στο συγκεκριμένο πληθυσμό. Η συχνότητα υπολογίστηκε σε σύνολο χρωμοσωμάτων, δηλαδή στο διπλάσιο του μεγέθους του δείγματος. Ως ιδανικό μέγεθος δείγματος θεωρήθηκε ένα σύνολο τουλάχιστον 100 χρωμοσωμάτων, δηλ. 50 άτομα. Η καταγραφή των δεδομένων έγινε σε λογιστικό φύλλο Excel. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι υπάρχει μεγάλη ανομοιογένεια σε επίπεδο μεταλλάξεων ανάμεσα στους 21 πληθυσμούς. / Familial hypercholesterolaemia (FH), defined as the heritable occurence of severe hypercholesterolaemia with cholesterol deposits in tendons and premature heart disease, is caused by at least four genes in sterol and lipoprotein pathways and displays varying gene-dose effects. The genes are the low-density lipoprotein (LDL) receptor, apolipoprotein (apo) B, proprotein convertase subtilisin/kexin 9, and the autosomal recessive hypercholesterolaemia (ARH) adaptor protein. The world-wide prevalence of FH is about 1 in 500 people. In this assessment, the genes apoB, PCSK9 and ARH have been excluded. The aim of this study was the recording of LDLR mutations in 21 populations, the calculation of the mutations’ frequencies in each population and the introduction of these data in the National Ethnic Mutation DataBase (NEΜDB), FINDbase, which gives information about a mutation’s frequency in each country and also about its pharmacogenomic marker. Among 21 populations, 14 were of European origin (Greece, Germany, Portugal, Czech Republic, Netherlands, Spain, Great Britain, Italy, Poland, Sweden, France, Austria, Belgium and Denmark) and the remainders from China, Japan, Malaysia, Lebanon, Philippines, Taiwan and Canada. The mutation data in each population were derived from papers through the database of references, PubMed and the search engine, Google. The selection of papers was based on (1) the size of patient group and (2) the date of paper publication. The calculation of mutation frequency was based on the total number of chromosomes, which was the double size of the patient group. An ideal size of sample was at least 100 chromosomes, which means 50 index patients. The data were inserted in an excel file. The results showed that there is a great ανομοιογένεια in mutation level among 21 populations.

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε ο ρόλος στην ευκαρυωτική πρωτεϊνοσύνθεση των μεταλλάξεων rdn15 (A149G), η οποία βρίσκεται στο κέντρο αποκωδικοποίησης του ριβοσώματος του S. cerevisiae και sup45-R2ts, η οποία είναι εξωριβοσωματική και αφορά στην αντικατάσταση της προλίνης από αλανίνη στην θέση 86 του Τομέα 1 του eRF1. Η μελέτη έγινε με τη βοήθεια των αντιβιοτικών εδεΐνης, η οποία είναι ένας αναστολέας της έναρξης της μετάφρασης, και πακταμυκίνης, η οποία είναι ένας αναστολέας της μετατόπισης. Η μετάλλαξη rdn15 στον S.cerevisiae οδηγεί σε μικρή αύξηση του χρόνου διπλασιασμού των κυττάρων, ενώ επηρέασε μόνο ελαφρώς την πρωτεϊνοσυνθετική ενεργότητα του ριβοσώματος. Τα αποτελέσματα αυτά είναι συμβατά με το γεγονός της φυσιολογικής παρουσίας της γουανίνης στη θέση 1491 στους προκαρυώτες και σε κατώτερους ευκαρυώτες. Η παρουσία της μετάλλαξης rdn15 δεν επηρέασε σημαντικά την πιστότητα, αν και η τάση ήταν η απόδοση στα ριβοσώματα ενός ελαφρά υπερακριβούς χαρακτήρα. Η μετάλλαξη sup45-R2ts στον eRF1 φάνηκε να επιβραδύνει την ανάπτυξη των κυττάρων διπλασιάζοντας σχεδόν τον χρόνο διπλασιασμού τους. Το αποτέλεσμα αυτό θα μπορούσε να οφείλεται σε καταστολή των κωδικίων λήξης αλλά και σε επαγωγή μεταφραστικών λαθών από τον μεταλλαγμένο παράγοντα τερματισμού. Η παρουσία της μετάλλαξης sup45-R2ts in vitro επηρέασε μόνο ελαφρά την πρωτεΐνοσυνθετική ενεργότητα του ριβοσώματος, ενώ αντιθέτως μείωσε σημαντικά τη μεταφραστική πιστότητα, αυξάνοντας τη Συχνότητα Λάθους του ριβοσώματος. Το αντιβιοτικό εδεΐνη αναστέλλει την ανάπτυξη τόσο των αγρίου τύπου και όσο και των μεταλλαγμένων στελεχών, ενώ όλα τα στελέχη εμφανίζουν όμοια ευαισθησία έναντι της εδεΐνης. Ο S. cerevisiae εμφανίζει παρόμοια ευαισθησία έναντι της εδεΐνης in vivo με αυτήν του E.coli . Αναδεικνύεται έτσι ότι και στο ευκαρυωτικό κύτταρο του S. cerevisiae , οι βάσεις με τις οποίες αλληλεπιδρά η εδεΐνη έχουν τον ίδιο λειτουργικό ρόλο, όπως και στο προκαρυωτικό ριβόσωμα. Η εδεΐνη μειώνει την πρωτεϊνοσυνθετική ενεργότητα του ριβοσώματος του S. cerevisiae σε in vitro σύστημα μετάφρασης ελεύθερο κυττάρων, όπου τόσο το αγρίου τύπου όσο και τα μεταλλαγμένα στελέχη επέδειξαν παρόμοια ευαισθησία στη δράση της εδεΐνης Η έλλειψη διαφοροποίησης ανάμεσα στο αγρίου τύπου και τα μεταλλαγμένα στελέχη, μπορεί να ερμηνευθεί από το γεγονός ότι οι συγκεκριμένες μεταλλάξεις δεν εμπλέκονται στη διαδικασία της έναρξης της πρωτεϊνοσύνθεσης, που είναι ο κύριος στόχος της εδεΐνης. Η επίδραση της εδεΐνης στη μεταφραστική πιστότητα μετρήθηκε με τη Συχνότητα Λάθους (Σ.Λ.). Η εδεΐνη ελαττώνει την πιστότητα της μετάφρασης στον ίδιο βαθμό περίπου στο ευκαρυωτικό όσο και στο προκαρυωτικό ριβόσωμα, η δράση της όμως διαφοροποιείται μεταξύ των στελεχών. Το υπερακριβές στέλεχος επέδειξε ελαφρώς μικρότερη ευαισθησία στην επαγωγή μεταφραστικών λαθών από την εδεΐνη σε σχέση με το αγρίου τύπου, ενώ αντιθέτως, το επιρρεπές σε λάθη στέλεχος εμφανίστηκε εξαιρετικά ευαίσθητο στην επαγωγή λαθών από την εδεΐνη σε σχέση με το αγρίου τύπου. Φαίνεται λοιπόν ότι η δράση της εδεΐνης στην πιστότητα ακολουθεί το χαρακτήρα της μετάλλαξης. Το αντιβιοτικό πακταμυκίνη αναστέλλει την ανάπτυξη in vivo των αγρίου τύπου και των μεταλλαγμένων στελεχών. Ο S.cerevisiae εμφανίζει παρόμοια ευαισθησία έναντι της πακταμυκίνης in vivo με αυτήν του E.coli , ενώ οι υπό μελέτη μεταλλάξεις δεν επηρεάζουν την ευαισθησία των κυττάρων έναντι της πακταμυκίνης. Αυτό μπορεί να οφείλεται στο γεγονός ότι τόσο η rdn15 μετάλλαξη στο κέντρο αποκωδικοποίησης όσο και η sup45-R2ts στον eRF1 δεν παρεμβαίνουν στη διαδικασία της μετατόπισης κατά τη μετάφραση, η αναστολή της οποίας αποτελεί τον κύριο τρόπο δράσης της πακταμυκίνης. Η πακταμυκίνη προκαλεί αναστολή σύνθεσης πολυφαινυλαλανίνης in vitro τόσο σε χαμηλές όσο και σε υψηλές συγκεντρώσεις σε όλα τα στελέχη. Το αποτέλεσμα αυτό έρχεται σε αντίθεση με αυτό που ισχύει στο προκαρυωτικό κύτταρο, όπου η πακταμυκίνη διεγείρει τη σύνθεση πολυφαινυλαλανίνης (Dinos et al., 2004). Η πακταμυκίνη ακόμη και σε υψηλές συγκεντρώσεις δεν προκάλεσε σημαντικές μεταβολές στη Συχνότητα Λάθους του στελέχους αγρίου τύπου, ούτε στο υπερακριβές υπόβαθρο του rdn15 και στο επιρρεπές στα λάθη υπόβαθρο του sup45rdnwt. Το αποτέλεσμα αυτό δεν επιβεβαιώνει την υπερακρίβεια που προκαλεί στα προκαρυωτικά αλλά και δεν την αναιρεί. Η ταυτόχρονη παρουσία των δύο αντιβιοτικών ανέστειλε τη σύνθεση πολυφαινυλαλανίνης σε αντίθεση με το πρωκαρυωτικό (Dinos et al., 2004), ακόμη και όταν η πακταμυκίνη χρησιμοποιήθηκε σε μεγάλη περίσσεια επί της εδεΐνης. Η ταυτόχρονη παρουσία των δύο αντιβιοτικών δεν έδειξε να μεταβάλλει το χαρακτήρα της αναστολής. Τα αποτελέσματα αυτά συνηγορούν υπέρ μιας αθροιστικής δράσης των δύο αντιβιοτικών και αποκλείουν τη συνεργατικότητά τους στη σύνθεση πολυφαινυλαλανίνης από το ευκαρυωτικό ριβόσωμα. Κατά την ταυτόχρονη παρουσία ακόμη και μεγάλης περίσσειας πακταμυκίνης η εδεΐνη εξακολουθεί να προκαλεί αύξηση στη Συχνότητα Λάθους που προσομοιάζει με αυτήν που παρατηρείται κατά την παρουσία εδεΐνης μόνο. Η αλληλεπίδραση των αντιβιοτικών στην πιστότητα της μετάφρασης είναι όμοια με αυτήν που παρατηρείται στο προκαρυωτικό ριβόσωμα. / In the present study we investigated the role of two mutations, rdn15 and sup45-R2ts, in eukaryotic protein synthesis. The former is substitution A1491G and it is located in the decoding center of the S. cerevisiae ribosome. The latter is extraribosomal and involves the substitution of proline by alanine in position 86 of Domain 1 of eukaryotic release factor eRF1. These strains were then employed for the study of the mode of action of two antibiotics, edeine and pactamycin, in eukaryotic protein synthesis. In bacterial cells, edeine has been characterized as an inhibitor of translation initiation, whereas pactamycin was recently found to act as a translocation inhibitor. Mutation rdn15 leads to a slight increase of doubling times but it has no significant effect on translational fidelity although there was a slight increase of the latter indicated by slightly lower error frequencies. It should be noted that guanine is naturally present in position 1491 of prokaryotic 16S rRNA. Thus, the lack of severe impairment of ribosomal function by mutation rdn15 shows that the nature of nucleotide 1491 is not essential for ribosomal function but may be useful in the fine tuning of ribosomal activity. Omnipotent suppressor mutation sup45-R2ts in eRF1 leads to a significant increase of doubling times, almost by a factor of 2 compared to the wild type strain. This might be a result of the suppression of nonsense codons or, in our case, an increase in misincorporation of amino acids during elongation. The presence of the sup45-R2ts mutation affected marginally the synthesis of polyphenylalanine in vitro. On the contrary, it remarkably reduced translational fidelity, increasing the Error Frequency. Edeine inhibits the growth of the wild type as well as the mutant strains. All strains exhibited similar sensitivity towards edeine. Moreover, this sensitivity of S. cerevisiae cells towards edeine is similar to the sensitivity of E. coli cells towards edeine. This could indicate that the RNA bases of the yeast ribosome, with which edeine interacts, have a similar functional role as in the prokaryotic one. Edeine reduces the amount polyphenylalanine synthesis in a cell-free in vitro system and it was found that all the strains exhibit the same sensitivity towards edeine. The lack of effect may be attributed to the fact that these mutations are not involved in the initiation of translation, which is the primary target of edeine. The effect of edeine in the translational fidelity was estimated by the error frequency. Edeine highly reduces translational fidelity in the eucaryotic ribosome, almost as much as in the prokaryotic one, but differentially between the wild type strain of S. cerevisiae and the mutant strains. The hyperaccurate strain exhibited less translational errors in the presence of edeine in comparison to the wild type strain. On the contrary, the error prone strain was very sensitive and displayed a very high translational error rate. It appears that the effect of edeine in fidelity is in line with the character of the mutation. Pactamycin suppressed the growth of both the wild type and the mutant strains in vivo. S. cerevisiae exhibits a similar sensitivity as E. coli in the effect of pactamycin in vivo, whereas the mutations under study did not affect the sensitivity of the cells. This could be attributed to the fact that mutation rdn15 in the decoding center and sup45-R2ts in eRF1 do not affect translocation during translation, which is the primary target of pactamycin. Pactamycin, both at low and high concentrations, suppresses the synthesis of polyphenylalanine in vitro in all the strains under study. This result is in contrast with the effect of pactamycin in the prokaryotic cell, where pactamycin increases polyphenylalanine synthesis (Dinos et al., 2004). Pactamycin, even at high concentrations, did not have severe effects in the error frequency of the wild type strain or in that of the hyperaccurate rdn15 strain or in that of the error-prone sup45rdnwt strain. This result does not agree with the hyperaccuracy that pactamycin induces in prokaryotes but does not come in contrast to it either. In the presence of both edeine and pactamycin the synthesis of polyphenylalanine was reduced, in contrast with what is observed in the prokaryotic ribosome (Dinos et al., 2004), even when pactamycin was used in higher concentrations than edeine. Thus, the simultaneous presence of both antibiotics does not seem to alter the character of the inhibition. These results are in favor of an additive effect of these antibiotics. Moreover, in the presence of high pactamycin concentrations, edeine induces a decrease in translational fidelity which is similar to that in the presence of edeine alone. The effects of these two antibiotics on the fidelity of translation are similar to those observed in the prokaryotic ribosome.

Η πιο απλή μορφή γενετικής διαφοροποίησης στον άνθρωπο είναι οι μονονουκλεοτιδικοί πολυμορφισμοί (Single Nucleotide Polymorphisms - SNPs). Ο αριθμός αυτού του είδους πολυμορφισμών που έχουν βρεθεί στο ανθρώπινο γονιδίωμα και επηρεάζουν την παραγόμενη πρωτεΐνη αυξάνεται συνεχώς, αλλά η αντιστοίχηση τους σε πιθανές ασθένειες με πειραματικές μεθόδους είναι ασύμφορη από θέμα χρόνου και κόστους. Για αυτό τον λόγο έχουν αναπτυχθεί διάφορες υπολογιστικές μέθοδοι με σκοπό να ταξινομήσουν τους μονονουκλεοτιδικούς πολυμορφισμούς σε παθογόνους και μη. Οι περισσότερες από αυτές τις μεθόδους χρησιμοποιούν ταξινομητές, οι οποίοι παίρνοντας σαν είσοδο ένα σύνολο δομικών, λειτουργικών, ακολουθιακών και εξελικτικών χαρακτηριστικών, επιχειρούν να προβλέψουν αν ένας μονονουκλεοτιδικός πολυμορφισμός είναι παθογόνος ή μη. Για την εκπαίδευση αυτών των ταξινομητών, χρησιμοποιούνται δύο σύνολα μονονουκλεοτιδικών πολυμορφισμών. Το πρώτο αποτελείται από μονονουκλεοτιδικούς πολυμορφισμούς που έχει βρεθεί πειραματικά ότι οδηγούν σε παθογένεια και το δεύτερο από μονονουκλεοτιδικούς πολυμορφισμούς που έχει αποδειχθεί πειραματικά ότι είναι αδρανείς. Οι μέθοδοι αυτές διαφέρουν στα χαρακτηριστικά των μεταλλάξεων που λαμβάνουν υπόψη στην πρόβλεψη τους, καθώς επίσης και στην εκπαίδευση και τη φύση των τεχνικών ταξινόμησης, που χρησιμοποιούν για τη λήψη των αποφάσεων. Το βασικότερο προβλήματα τους ωστόσο έγκειται στο γεγονός ότι καθορίζουν τα χαρακτηριστικά, που θα χρησιμοποιήσουν σαν είσοδο στους ταξινομητές τους με τρόπο εμπειρικό και μάλιστα διαφορετικές μέθοδοι προτείνουν και χρησιμοποιούν διαφορετικά χαρακτηριστικά, χωρίς να τεκμηριώνουν επαρκώς τις αιτίες αυτής της διαφοροποίησης. Δύο ακόμα προβλήματα που δεν έχουν καταφέρει να αντιμετωπίσουν οι υπάρχουσες μεθοδολογίες είναι το πρόβλημα της ανισορροπίας των δύο κλάσεων ταξινόμησης και των ελλιπών τιμών σε πολλά από τα χαρακτηριστικά εισόδου των ταξινομητών, ώστε να επιτυγχάνουν πιο ακριβή και αξιόπιστα αποτελέσματα. Από τα παραπάνω είναι ξεκάθαρο πως υπάρχει μεγάλο περιθώριο βελτίωσης των υπάρχουσων μεθοδολογιών για το συγκεκριμένο πρόβλημα ταξινόμησης. Στην παρούσα διπλωματική εργασία προτείνουμε μια νέα υβριδική μεθοδολογία υπολογιστικής νοημοσύνης, που ξεπερνά πολλά από τα προβλήματα των υπάρχοντων μεθοδολογιών και βελτιώνει με τον τρόπο αυτό την απόδοσή τους. Δύο είναι τα βασικά βήματα που ακολουθήσαμε για την επίτευξη του στόχου αυτού. Πρώτον, συγκεντρώσαμε από τις διαθέσιμες δημόσιες βάσεις δεδομένων, τους μονονουκλεοτιδικούς πολυμορφισμούς που χρησιμοποιήθηκαν για την εκπαίδευση και τον έλεγχο των μοντέλων μηχανικής μάθησης. Συγκεκριμένα, συλλέχθησαν και φιλτραρίστηκαν τα θετικά και αρνητικά σύνολα εκπαίδευσης και ελέγχου, που αποτελούνται από μονονουκλεοτιδικούς πολυμορφισμούς που είτε οδηγούν σε παθογένεια, είτε είναι ουδέτεροι. Για κάθε πολυμορφισμό των δύο συνόλων υπολογίσαμε χρησιμοποιώντας υπάρχοντα διαθέσιμα εργαλεία όσο το δυνατό περισσότερα δομικά, λειτουργικά, ακολουθιακά και εξελικτικά χαρακτηριστικά. Για εκείνα τα χαρακτηριστικά, για τα οποία δεν υπήρχε κάποιο διαθέσιμο εργαλείο υπολογισμού τους, υλοποιήσαμε τον κατάλληλο κώδικα για τον υπολογισμό τους. Το δεύτερο βήμα της διπλωματικής αφορούσε το σχεδιασμό και την υλοποίηση της κατάλληλης υβριδικής μεθόδου για την επίλυση του προβλήματος που μελετάμε. Χρησιμοποιήσαμε μια νέα μέθοδο ταξινόμησης την EnsembleGASVR. Πρόκειται για μια ensemble μεθοδολογία, που συνδυάζει σε ένα ενιαίο πλαίσιο ταξινόμησης οκτώ διαφορετικούς ταξινομητές. Κάθε ένας από αυτούς τους ταξινομητές βασίζεται στον υβριδικό συνδυασμό των Γενετικών Αλγορίθμων και των μοντέλων Παλινδρόμησης Διανυσμάτων Υποστήριξης (nu-Support Vector Regression). Συγκεκριμένα ένας Προσαρμοζόμενος Γενετικός Αλγόριθμος χρησιμοποιείται για να καθοριστεί το βέλτιστο υποσύνολο χαρακτηριστικών, καθώς και οι βέλτιστες τιμές των παραμέτρων των ταξινομητών. Σαν μέθοδο ταξινόμησης των μεταλλάξεων σε ουδέτερες και παθογενείς, προτείνουμε τον nu-SVR ταξινομητή, καθώς παρουσιάζει υψηλή απόδοση, καλή γενίκευση, δεν παγιδεύεται σε τοπικά βέλτιστα, ενώ ταυτόχρονα επιτυγχάνει την ισορροπία μεταξύ της ακρίβειας και της πολυπλοκότητας του μοντέλου. Μάλιστα για να ξεπεράσουμε τα πρόβληματα των ελλιπών τιμών και της ανισορροπίας των δύο κλάσεων ταξινόμησης, αλλά και για να βελτιώσουμε τη συνολική απόδοση της μεθοδολογίας μας, επεκτείναμε τον υβριδικό αλγόριθμο, ώστε να λειτουργεί σαν μία ensemble-συλλογική τεχνική, συνδυάζοντας οκτώ επί μέρους μοντέλα ταξινόμησης. Τα πειραματικά αποτελέσματα της προτεινόμενης μεθοδολογίας ήταν εξαιρετικά ελπιδοφόρα, καθώς η EnsembleGASVR μεθοδολογία υπερτερεί σημαντικά έναντι άλλων ευρέως γνωστών μεθόδων ταξινόμησης παθογενών μεταλλάξεων. / Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) are the most common form of genetic variations in humans. The number of SNPs that have been found in human genome and affect protein functionality is constantly increasing. Finding matches between SNPs and diseases using experimental techniques, is excessive disadvantageous in terms of time and cost. For this reason, several computational methods have been developed. These methods classify polymorphisms as pathogenic and non-pathogenic. Most of them use classifiers, which take as input a set of structural, functional, sequential and evolutionary features and predict whether a single nucleotide polymorphism is pathogenic or neutral. For training these classifiers use two sets of SNPs. The first one consists of SNPs that have been experimentally proven as pathogenic, whereas the second set consists of SNPs that have been experimentally characterized as benign. These methods differ in the classification methods they deploy and in the features they use as inputs. However, the main problem is the determination of an empirically verified set of features for training. Specifically, different methods suggest different feature sets, without adequately documenting the causes of this differentiation. In addition, the existing methodologies do not tackle efficiently the class imbalance problem between positive and negative training sets and the problem of missing values in the datasets. In this thesis a new hybrid computational intelligence methodology is proposed, that overcomes many of the problems of existing methodologies. The proposed method achieves high classification performance and systematizes the selection of relevant features. In the first phase of this study the polymorphisms were gathered from the available public databases and they were used for training and testing of the machine learning models. Specifically, the positive and negative training and test sets were collected and filtered. They consist of single nucleotide polymorphisms that lead to either pathogenesis or are neutral. For each polymorphism of the two sets, using existing available tools, a wide range of structural, functional, sequential and evolutionary features were calculated. For those features for which there was no available tool, the suitable program (code) was developed in order to compute them. In the second step a new embedded hybrid classification method called EnsembleGASVR is designed and implemented. The method uses an ensemble methodology, based on hybrid combination of Genetic Algorithms and nu-Support Vector Regression (nu-SVR) models. An Adaptive Genetic Algorithm is used to determine the optimal subset of features and the optimal values of the parameters of classifiers. We propose the nu-SVR classifier, since it exhibits high performance, good generalization ability, it is not trapped in local optima and achieves a balance between accuracy and complexity of the model. In order to overcome the problem of missing values and class imbalance, we extended the above algorithm to function as a collective ensemble-technique, combining eight individual classification models. In overall, the method achieves 87.45% accuracy, 71.78% sensitivity and 93.16% specificity. These priliminary results are very promising and shows that EnsembleGASVR methodology significantly outperforms other well-known classification methods for pathogenic mutations.

Σκοπός της μελέτης ήταν η διερεύνηση ύπαρξης μεταλλάξεων στα γονίδια KAL, της GnRH, του υποκινητή της GnRH, του υποδοχέα της GnRH, και του υποκινητή του υποδοχέα της GnRH, σε ασθενείς με ανεπάρκεια GnRH, με στόχο την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τη συχνότητα των διαφόρων μορφών μετάδοσης της νόσου στον ελληνικό χώρο, καθώς και η συσχέτιση μεταξύ του γονότυπου των ασθενών και ειδικών κλινικών φαινοτύπων. Μελετήθηκαν συνολικά τριάντα οκτώ (38) ασθενείς με ανεπάρκεια GnRH, δώδεκα (12) ασθενείς με σύνδρομο Kallmann και είκοσι έξι (26) ασθενείς (13 άνδρες και 13 γυναίκες) με ιδιοπαθή υπογοναδοτροφικόΤο σύνδρομο ανεπάρκειας της GnRH περιλαμβάνει ετερογενή, αλλά συναφή προς το κλινικό φαινότυπο πληθυσμό ασθενών οι οποίοι παρουσιάζουν πλήρη ή μερική απώλεια της ικανότητας του οργανισμού τους να προάγει την κατά ώσεις έκκριση της GnRH. Η ανεπάρκεια αυτή οδηγεί στην πλήρη ή μερική αναστολή της σεξουαλικής ωρίμανσης και σε στειρότητα του ασθενούς. Η παρουσία συνοδού ανοσμίας αναφέρεται ως σύνδρομο Kallmann, ενώ η απουσία άλλων συνοδών ανωμαλιών ως ιδιοπαθής υπογοναδοτροφικός υπογοναδισμός (ΙΥΥ). Σκοπός της μελέτης ήταν η διερεύνηση ύπαρξης μεταλλάξεων στα γονίδια KAL, της GnRH, του υποκινητή της GnRH, του υποδοχέα της GnRH, και του υποκινητή του υποδοχέα της GnRH, σε ασθενείς με ανεπάρκεια GnRH, με στόχο την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τη συχνότητα των διαφόρων μορφών μετάδοσης της νόσου στον ελληνικό χώρο, καθώς και η συσχέτιση μεταξύ του γονότυπου των ασθενών και ειδικών κλινικών φαινοτύπων. Μελετήθηκαν συνολικά τριάντα οκτώ (38) ασθενείς με ανεπάρκεια GnRH, δώδεκα (12) ασθενείς με σύνδρομο Kallmann και είκοσι έξι (26) ασθενείς (13 άνδρες και 13 γυναίκες) με ιδιοπαθή υπογοναδοτροφικό υπογοναδισμό (ΙΥΥ). Η μεθοδολογία της εργαστηριακής έρευνας περιέλαβε απομόνωση DNA γονιδιώματος από τους ασθενείς εκλεκτικό πολλαπλασιασμό της κωδικοποιησης με την μέθοδο PCR και τέλος προσδιορισμό της αλληλουχίας του DNA στα προϊόντα της PCR. Στους ασθενείς με σύνδρομο Kallmann δεν ανευρέθη αλλαγή βάσεων του γονιδίου KAL. Επισης, στους ασθενείς με ιδιοπαθή υπογοναδοτροφικό υπογοναδισμό δεν εντοπίστηκαν μεταλλάξεις στους υποκινητές των γονιδίων της GnRH και του υποδοχέα της. Σε πέντε ασθενείς με ιδιοπαθή υπογοναδοτροφικό υπογοναδισμό που αφορούσαν σποραδικές περιπτώσεις, εντοπίστηκε η μετάλλαξη (gc στο κωδικόνιο 16 Trp16Ser ) στο γονίδιο της GnRH η οποία αποτελεί φυσικό πολυμορφισμό. Στο γονίδιο του υποδοχέα της GnRH εντοπίστηκαν δύο μεταλλάξεις. Η μετάλλαξη (ct στο κωδικόνιο 146), ανιχνεύτηκε σε δύο ασθενείς με οικογενή κληρονομικότητα. Η μετάλλαξη αυτή προκαλεί αλλαγή του αμινοξέως στη θέση 146 της πρωτείνης από προλίνη σε σερίνη την οποία φέρουν και οι δύο ασθενείς σε ετεροζυγωτία. Στους δύο ασθενείς με ΙΥΥ και τη μετάλλαξη Pro146Ser, καθώς και σε ένα άνδρα με ΙΥΥ και φυσιολογική αλληλουχία του υποδοχέα της GnRH παρατηρήθηκε αντίσταση στη δράση της GnRH. Ασθενείς με ΙΥΥ και αντίσταση στη δράση της GnRH αποτελούν φυσικά πρότυπα για τη μελέτη και τον εντοπισμό των πολλαπλών γονοτυπικών συνδυασμών οι οποίοι έχουν ως κατάληξη την εμφάνιση του συγκεκριμένου φαινοτύπου. Ο μη εντοπισμός νοσογόνων μεταλλάξεων ομοζυγωτίας ή διπλής ετεροζυγωτίας στους συγκεκριμένους ασθενείς συνηγορεί στην ύπαρξη διαταραχών στην έκφραση γονιδίων τα οποία επηρεάζουν ή την ενδοκυττάρια μετάδοση του μηνύματος ή την ίδια την έκφραση του υποδοχέα της GnRH. Αν και το γονίδιο KAL έχει ενοχοποιηθεί για την ανάπτυξη ψυχοπαθολογικών εκδηλώσεων, με κύριο εκπρόσωπο τη σχιζοφρένεια, οι εκδηλώσεις από τη ψυχική σφαίρα ασθενών με σύνδρομο Kallmann δεν έχουν μελετηθεί. Επιπλέον σκοπός της παρούσης μελέτης ήταν να περιγράψει αυτές τις διαταραχές και να τις συσχετίσει με το γονότυπο των ασθενών. Ένας εκ των ασθενών με σύνδρομο Kallmann παρουσίαζε και σχιζοφρένεια χωρίς όμως να αναδειχθούν μεταλλάξεις στο γονιδίωμά του. Ενώ παράλληλα οι ασθενείς με ανεπάρκεια GnRH δεν διαφέρουν σημαντικά στις κλίμακες ψυχοπαθολογίας ούτε από τις μέσες τιμές φυσιολογικού πληθυσμού, ούτε από τις τιμές που έδωσε η ομάδα ελέγχου με χρόνιες σωματικές παθήσεις, δίνουν σημαντικά χαμηλότερες τιμές σε όλες τις κλίμακες ψυχοπαθολογίας από ότι οι ψυχιατρικά ασθενείς, εκτός από την υποκλίμακα του «θυμού». / The syndrome of GnRH insufficiency is due to a functional deficit of GnRH production or secretion in the hypothalamus resulting in the loss of pulsatile secretion of GnRH. This deficiency leads to a complete or partial arrest of sexual maturation and infertility. Patients with no further anomalies are referred as having Idiopathic Hypogonadotropic Hypogonadism (IHH) and when accompanied with anosmia, it is called Kallmann syndrome. The aim of this study was to identify mutations in the KAL gene, the GnRH gene, the GnRH receptor gene and their promoters in patients with GnRH insufficiency, the prevalence in the Greek population and the relevance between the genotype and individual phenotype of these patients. The study included thirty eight (38) patients with GnRH insufficiency, twelve patients (12) with Kallmann syndrome and twenty six patients with IHH (13 male and 13 female). Detection was carried out by isolation of genomic DNA from whole blood, which was used as a template for PCR amplification and finally, cycle sequencing analysis of all exons spanning the entire coding regions of the genes. No mutations were found in the KAL gene, whereas in patients with IHH, no mutations were identified in transcription factor binding sites of the promoters of the GnRH and GnRH receptor gene. In the GnRH gene of five (5) patients with IHH a natural polymorphism was identified in codon 16 (gc Trp16Ser). In the GnRH receptor gene a novel mutation was found in codon 146, resulting in substitution of proline with serine identified in two sisters harboring this mutation in hetrozygosity. The two sisters and a male patient with IHH with normal gene sequencing were found to be resistant to GnRH action. Resistance to GnRH is particularly rare among IHH patients. One might hypothesize, that these patients ought to have inactivating mutations in their receptor gene. However such a defect was not found, therefore making these patients an ideal clinical phenotype of an aberration in signal transduction pathway or in transcriptional factors which regulate the expression of the GnRH receptor. A common pathogenesis for KS and schizophrenia had been proposed, based on shared pathologies of these two disorders. The gene for the X-linked form of KS (known as KAL) has been implicated in the genetic pathogenesis of schizophrenias, although no such clinical associations have ever been reported. An additional aim of this study was to identify any pshychopathologies in these patients. One of our patients with KS also developed schizophrenia but no mutations were identified in all 14 exons of the KAL gene.

Οι μεταγραφικοί παράγοντες COUP-TF (Chicken Ovalbumin Upstream Promoter Transcription Factor) ανήκουν στην υπεροικογένεια των υποδοχέων στεροειδών/ θυρεοειδών ορμονών και θεωρούνται “ορφανοί”, αφού μέχρι στιγμής δεν έχει βρεθεί το υπεύθυνο πρόσδεμα για την ενεργοποίηση τους. Πειραματικές διαδικασίες στο εργαστήριο μας έχουν δείξει ότι στο πρωτογενές μετάγραφο των COUP-TFs συμβαίνει εναλλακτικό μάτισμα που έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή δύο mRNAs που κωδικοποιούν δύο πρωτεΐνες οι οποίες διαφέρουν ως προς το μέγεθος λόγω της εισαγωγής 21 επίπρόσθετων αμινοξέων στην καρβοξυτελική περιοχή (Carboxy Terminal Extension) της περιοχής πρόσδεσης στο DNA (DBD). Πειράματα EMSA με τη χρήση in vitro μεταφρασμένων πρωτεϊνών, αποκάλυψαν ότι η μεγάλη πρωτεΐνη δεν μπορεί να προσδεθεί σε κανένα COUP-TF στοιχείο απόκρισης. Επίσης παρατηρήθηκε ότι παρουσία της μεγάλης πρωτεΐνης, η ικανότητα της μικρής πρωτεΐνης να προσδένεται στο DNA μειώνεται με ανταγωνιστικό τρόπο, οδηγώντας στο συμπέρασμα ότι το ετεροδιμερές πρωτεϊνικό σύμπλοκο δεν μπορεί να προσδεθεί στο DNA. Σκοπός μας είναι να ερευνήσουμε το ρόλο της ένθεσης των 21 αμινοξέων στην μεγάλη πρωτεΐνη, ως προς την ικανότητα πρόσδεσης της στο DNA. Στον αχινό Paracentrotus lividus, η αμινοξική ένθεση στην καρβοξυτελική περιοχή (CTE) της μεγάλης πρωτεΐνης περιέχει δύο προλίνες. Η υπόθεση μας είναι ότι αυτές οι δύο προλίνες παίζουν σημαντικό ρόλο στην στερεοδιαμόρφωση της πρωτεΐνης, επηρεάζοντας την ικανότητα πρόσδεσης στο DNA. Για να ελέγξουμε την υπόθεση αυτή, προκαλέσαμε σημειακές μεταλλάξεις, μεταλλάσσοντας συγχρόνως τις δύο προλίνες σε αλανίνες αλλά κάθε μία προλίνη σε αλανίνη μεμονωμένα, καθώς επίσης μελετήσαμε και μια σειρά εσωτερικών αμινοξικών ελλειμάτων μέσα στην ένθεση των 21 αμινοξέων στην καρβοξυτελική περιοχή. Το σύνολο των μεταλλάξεων έδειξε ότι οι μεταλλαγμένες μεγάλες πρωτεΐνες δεν προσδένονται στο DNA καθώς επίσης ότι οι μεταλλαγμένες μεγάλες πρωτεΐνες ετεροδιμερίζονται πιο αποτελεσματικά με την μικρή ισομορφή πιθανότατα λόγω επαγόμενης αλλαγής της στερεοδιαμόρφωσης της μεταλλαγμένης πρωτεΐνης. Επίσης μελετήσαμε την εξάπλωση του εναλλακτικού ματίσματός στα Δευτεροστόμια, χρησιμοποιώντας ειδικούς εκφυλισμένους εκκινητές σε πειράματα PCR. Εναλλακτικό μάτισμα των μεταγράφων COUP-TF παρατηρήθηκε επίσης στους οργανισμούς Sphaerechinus granularis (Εχινόδερμο) και Saccoglossus kowalevskii (Ημιχορδωτό). / COUP-TFs (Chicken Ovalbumin Upstream Promoter- Transcription Factors) belong to the superfamily of steroid/thyroid hormone receptors and they are consider orphans since the proper ligand that activates them is not yet found. Experimental procedures in our laboratory have shown that in Echinoderms the alternative splicing of the COUP-TF primary transcript results in two mRNAs which encode two protein variants that differ by a 21 amino acid insertion in the Carboxy Terminal Extension (CTE) of the DNA Binding Domain (DBD). EMSA experiments with the use of in vitro translated proteins revealed that the large protein variant is incapable of binding any COUP-TF response elements. Furthermore, in the presence of the large variant, the small COUP-TF protein ability to bind DNA is diminished in an antagonistic way, suggesting that the heterodimeric protein is also incapable of DNA binding. Our aim is to investigate the role of the 21aa insertion in the large variant regarding the DNA binding affinity. In sea urchins the CTE insertion in the large variant contains two prolines. Our hypothesis is that these two prolines play an important role in the protein‟s conformation which in turn is responsible for the loss of DNA binding. To check this, we created point mutations by mutating both prolines to alanines simultaneously and then each proline to alanine separately. We also analyzed a series of internal amino acid deletions within the 21aa insertion of the CTE. All the mutations proved that the large mutated proteins are incapable of binding DNA and that they heterodimerize more effectively with the small protein variant possibly because of the changed conformation of the large protein variant. We also studied the alternative splicing among Deuterostomes, by using degenerate primers in PCR experiments. We observed that alternative splicing of COUP-TF transcripts occurs in the sea urchin Sphaerechinus granularis and in the hemichordate Saccoglossus kowalevskii.