Στην εποχή της Συστημικής Ιατρικής, οι τεχνολογίες μαζικής καταγραφής της γονιδιακής και miRNA έκφρασης (π.χ. μικροσυστοιχίες, RNA-seq) αλλά και οι τεχνολογίες ανίχνευσης πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων (π.χ. yeast two-hybrid, co-immunoprecipitation) απελευθέρωσαν τεράστια ποσά δεδομένων για την αποσαφήνιση των μηχανισμών των πολύπλοκων ασθενειών. Η παρούσα διδακτορική διατριβή συμβάλλει προσφέροντας νέες υπολογιστικές μεθοδολογίες και εργαλεία και παραθέτοντας νέες αξιόπιστες βιολογικές υποθέσεις για την επίλυση σύνθετων ασθενειών του ανθρώπου. Καταρχήν, αποκτήθηκε γνώση του θεωρητικού υπόβαθρου διάφορων μέγαλης κλίμακας μοριακών τεχνικών, τεχνικών εξόρυξης δεδομένων όπως η ομαδοποίηση καθώς και γραφοθεωρητικών προσεγγίσεων. Έπειτα, σχεδιάστηκε μια μεθοδολογία για συνδυασμό πρωτεωμικών και μεταγραφωμικών δεδομένων και αναπτύχθηκε ένα αλγόριθμος ομαδοποίησης γράφων, που ονομάζεται Detect Modules (DetMod), ο οποίος ανιχνεύει κοινοτήτες/υπο-δομές (modules) πρωτεϊνών με διακριτή βιολογική λειτουργία και έντονη δυναμική συσχέτιση σε επίπεδο έκφρασης. Η απόδοση και αξιοπιστία της μεθόδου εξετάστηκε και πιστοποιήθηκε στον απλό οργανισμό-μοντέλο Saccharomyces cerevisiae προτού εφαρμοστεί στην επίλυση προβλημάτων της φαρμακογονιδιωματικής όπως η απόκριση του μεταγραφήματος στην θεραπεία με ταμοξιφένη στην περίπτωση του θετικού στην απόκριση σε οιστρογόνα καρκίνου του μαστού. Αποτέλεσμα της μεθόδου είναι δυναμικοί βιοδείκτες της απόκρισης στην ταμοξιφένη με μορφή υπο-δομών αντί μεμονωμένων πρωτεϊνών. Παράλληλα, στα πλαίσια της σύγχρονης βιβλιογραφίας όπου οι εμπλεκόμενοι μηχανισμοί του καρκίνου αλληλοεπικαλύπτονται με αυτούς της γήρανσης, μια προσαρμοσμένη μεθοδολογία ανάλογη με την προαναφερόμενη εφαρμόστηκε στη μελέτη του φαινομένου της γήρανσης. Τα αποτελέσματα της μεθόδου σε πολλαπλούς ιστούς του ποντικού, και σε δεύτερο στάδιο μεμονωμένα στον καρδιακό ιστό, ανέδειξαν ποια μοριακά μονοπάτια εμπλέκονται στη γήρανση όλων των ιστών και ποια εξειδικεύονται σε ένα μόνο ιστό. Στην περίπτωση του καρδιακού ιστού βιοδείκτες σε μορφή υπο-δομών αποτυπώνουν τα εμπλεκόμενα μονοπάτια αλλά και τη συνεργατική δράση και υπαιτιότητα των miRNA. Σε επόμενο στάδιο μελετήθηκαν οι μηχανισμοί απόκρισης στη γρίπη Α (Η1Ν1) μέσω της ανακατασκευής Γονιδιακών Ρυθμιστικών Δικτύων (ΓΡΔ) που αναπαριστούν τις χρονικά μεταβαλλόμενες αιτιατές σχέσεις μεταξύ μοριακών μονοπατιών από χρονοσειρές γονιδιακής έκφρασης. Το χρονικά μεταβαλλόμενο ΓΡΔ προέκυψε μέσα από μια μέθοδο συνδυασμού πολλαπλών αλγορίθμων ανακατασκευής από διαφορετικές κλάσεις του μαθηματικού φορμαλισμού. Η μέθοδος προσέφερε νέα γνώση για τη συνδεσιμότητα των μοριακών μονοπατιών μέχρι και την 60η ημέρα μετά την εισβολή του ιού στον πνευμονικό ιστό του ποντικού από το στάδιο της φυσικής ανοσίας, στη χυμική ανοσία και τέλος στη διαδικασία αποκατάστασης. Τέλος, παρουσιάζεται ο OLYMPUS, ένας νέος υβριδικός μη επιβλεπόμενος αλγόριθμος ομαδοποίησης που εφαρμόστηκε σε χρονοσειρές γονιδιακής έκφρασης σε απόκριση στη γρίπη Α (Η1Ν1). Ο OLYMPUS χρησιμοποιεί τον Διαφορεξελικτικό αλγόριθμο ως στρατηγική βελτιστοποίησης ενός ασαφούς αλγορίθμου ομαδοποίησης και παράλληλα ενσωματώνει το κριτήριο Bayesian Information με σκοπό την αυτόματη εύρεση του βέλτιστου αριθμού ομάδων. Η ανάλυση των εξαγόμενων ομάδων προσέφερε νέες υποθέσεις σχετικά με τη δυναμική πολλών μοριακών μονοπατιών που εμπλέκονται στην ανοσολογική απόκριση και για πρώτη φορά αναδείχθηκε ο ρόλος των κατασταλμένων διεργασιών στο κινητικό μοντέλο της γρίπης Α. / In the Systems Medicine era, the large scale gene and miRNA expression techniques (e.g. microarrays, RNA-seq) as well as techniques for the detection of protein interactions (e.g. yeast two-hybrid, co-immunoprecipitation) have released mass amounts of data for deciphering the underlying mechanisms of complex diseases. The present PhD thesis contributes by providing new computational methodologies and tools, and by offering novel biological hypotheses for solving complex human diseases. Initially, a good grasp of the current high-throughput molecular techniques was acquired along with familiarization with data mining tecniques such as clustering and with graph-theoretic approaches. Then, a methodology for integrating proteomic and transcriptomic data was designed and a graph clustering algorithm was developed, called Detect Modules (DetMod), which detects, on the composite transcriptome-proteome network, communities/modules with distinct biological function and enhanced association at the dynamic expression level. The performance and reliability of the method was tested and validated in the simple model organism Saccharomyces cerevisiae before solving pharmacogenomics problems such as the transcriptome response mechanisms during tamoxifen response in estogen-response-positive breast cancer cases. The output of the method was dynamic biomarkers of tamoxifen response in the form of modules instead of individual proteins. In parallel, the recent literature associates the mechanisms involved in cancer with those involved in aging. In this context, an adapted methodology similar to the aforementioned was applied in the study of aging. The findings of the method in multiple mouse tissues and on second level in cardiac tissue highlighted the cross-tissue aging molecular pathways as well as the tissue-specific. In the case of cardiac tissue modular biomarkers captured the underlying tissue-specific pathways as well as the synergism of miRNAs. On next level, the response mechanisms to Influenza A (H1N1) were explored through the reconstruction of Gene Regulatory Networks (GRNs), which in turn represent the time-varying causal pathway interactions based on time series expression data. The final time-varying GRN was derived from an ensemble of reconstruction algorithms from different classes of mathematical formalism. The method offered new knowledge for the pathway interactivity until the day 60 after the viral invasion in the mouse lung tissue, from the innate response to the humoral and the late repair phase. Finally, OLYMPUS is presented, a novel unsupervised hybrid clustering algorithm which was applied at time series expression data in response to Influenza A (H1N1). OLYMPUS uses the Differential Evolutionary algorithm as optimization strategy of a fuzzy clustering algorithm and in parallel integrates the Bayesian Information Criterion in order to detect automatically the optimal cluster number. The cluster analysis offered new hypotheses regarding the dynamics of several molecular pathways and for the first time, the role of suppressed biological processes was highlighted in the Influenza A kinetic model.

Τα αποτελέσματα της κλιματικής αλλαγής που είναι πλέον εμφανή παντού έχουν αυξήσει την περιβαλλοντική συνείδηση των πολιτών αλλά και των οργανώσεων που δραστηριοποιούνται μέσα σε αυτό. Έτσι, για τις οργανώσεις, τις επιχειρήσεις ειδικότερα, το περιβάλλον αποτελεί σοβαρή στρατηγική παράμετρο που επεκτείνεται πέρα από «φιλανθρωπικές» δράσεις στα πλαίσια της Εταιρικής Κοινωνικής Ευθύνης ή ακόμα και επικοινωνιακών δράσεων για την περαιτέρω ανάπτυξη του «οικο-καταναλωτισμού». Καθώς κάθε (πραγματική) περιβαλλοντική επιχειρηματική στρατηγική σχετίζεται με τη χρήση (και κατάχρηση) των φυσικών πόρων, είναι λογικό να αφορά άμεσα τις παραγωγικές δραστηριότητες και τις οργανωσιακές οντότητες που είναι υπεύθυνες για τη διαχείρισή τους. Προς αυτήν την κατεύθυνση, εδώ και μια δεκαετία περίπου, η «εισαγωγή» της περιβαλλοντικής παραμέτρου στο ευρύτερο πλαίσιο του περιεχομένου και της διαδικασίας της στρατηγικής παραγωγής (manufacturing/operations strategy) απασχολεί όχι μόνο την ερευνητική κοινότητα, αλλά και τον πραγματικό κόσμο των οργανώσεων με παραγωγική δραστηριότητα. Η συζήτηση στρέφεται στην ενσωμάτωση των περιβαλλοντικών απαιτήσεων ως στόχων συμμόρφωσης ή/και ως προκλήσεων για καινοτόμο στρατηγική δράση σε δύο διαφορετικά επίπεδα: είτε ως περιοριστικά ή «διευρύνοντα» χαρακτηριστικά των γενικών στόχων απόδοσης (κόστος, ευελιξία, ποιότητα, ταχύτητα, αξιοπιστία στην παράδοση με την περιβαλλοντική συνισταμένη), είτε ως συγκρότηση ιδιαίτερου/ξεχωριστού στόχου απόδοσης (κόστος, ευελιξία, ποιότητα, ταχύτητα, αξιοπιστία στην παράδοση και περιβάλλον), με διαφορετικές δράσεις για την κάθε περίπτωση. Με δεδομένο το νεαρό της ηλικίας του συγκεκριμένου πεδίου έρευνας, είναι λογικό οι ερευνητικές δραστηριότητες μέχρι στιγμής να αφορούν σε κατηγοριοποιήσεις και εννοιολογικά πλαίσια. Επιπλέον, παρατηρείται ενδιαφέρον για την εισαγωγή της περιβαλλοντικής παραμέτρου σε γνωστά και «δουλεμένα» πλαίσια στρατηγικής παραγωγής στα οποία το λειτουργικό σύστημα θεωρείται λίγο-πολύ σταθερό και συζητούνται μόνον «περιβαλλοντικές» βελτιώσεις. Οι περισσότερες από αυτές τις «συντηρητικές» βελτιώσεις έχουν ως βάση τη διαχείριση της ποιότητας και τα σχετικά με αυτή πρότυπα (ISO 14000). Όμως, μια στρατηγική προσέγγιση στην περιβαλλοντική διαχείριση της παραγωγής/λειτουργιών απαιτεί την υιοθέτηση και έκφραση μιας ευρύτερης άποψης για το περιβάλλον και την αειφορία, στα πλαίσια της οποίας γίνονται συγκεκριμένες επιλογές. Οι επιλογές αυτές πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τις ιδιαίτερες ικανότητες της επιχείρησης σε σχέση με το ευρύτερο θεσμικό περιβάλλον (με την ευρεία έννοια) μέσα στο οποίο λειτουργεί η οργάνωση. Η διατριβή αυτή στοχεύει στη διερεύνηση των συνθηκών επιλογής (ή/και αλλαγής) περιβαλλοντικής στρατηγικής στα πλαίσια της στρατηγικής παραγωγής ακολουθώντας μια θεσμο-εξελικτική (evolutionary institutional) προσέγγιση. Πιο συγκεκριμένα, με την υιοθέτηση της θεωρίας των πόρων και των ικανοτήτων και με τη χρήση μοντέλων συστημικής δυναμικής (system dynamics) προσβλέπει στην σε βάθος μελέτη των εσωτερικών συνθηκών των επιχειρήσεων (αλληλεπιδράσεις αποφάσεων και μικρο-δραστηριοτήτων) που συντελούν στην υιοθέτηση συγκεκριμένων λογικών περιβαλλοντικής στρατηγικής στην παραγωγή, ως ανταπόκριση σε μεταβαλλόμενα θεσμικά περιβάλλοντα (institutional arrangements), τα οποία στις κοινωνικο-τεχνικές προσεγγίσεις λειτουργούν ως περιβάλλοντα επιλογής (selection environments) στην εξελικτική διαδικασία. / This thesis analyses competition and cooperation in supply chains. It focuses on the case of coopetition between an Original Equipment Manufacturer (OEM) and retailers, that collaborate in the forward supply chain and compete in the reverse. The thesis concentrates on the strategic options available to OEM in order to keep the remanufacturing operations of the retailer from eroding its market share. It analyses the environmental impact that OEM strategic responses have on of the entire supply chain and each actor independently. The main contribution is in demonstrating the inherent trade offs in such a supply chain context. In attempting to abate competition, the OEM has a range of options available but it also faces a stale mate: it can neither defend completely against competition, not improve substantially the environmental performance of the supply chain. Methodologically the analysis draws on the Resource Based View of theory competition, sociotechnical systems theory, system dynamics modelling and simulation methodology, and organizational complexity theory. Initially the supply chain is analysed through modelling and simulation at the micro level of the OEM and the retailer. In light of the trade offs inherent in the configuration of the supply chain, the case for the difficulty of endogenous change towards a configuration with an enhanced environmental performance is build based on organizational complexity, and manufacturing operations literature. Consequently, the problem of change is analysed at the level of sociotechnical systems theory, where the supply chain is viewed as part of the overall industrial production system. Drawing on this, propositions about system intervention are established. Their implications in terms of the environmental performance of the supply chain are tested at the micro level by modifying appropriately the model. The results show that a different supply chain configuration of increased environmental performance is possible.

Η γνωσιακή ψυχοθεραπεία είναι ένα είδος θεραπείας που στηρίζεται στην παραδοχή ότι οι σκέψεις των ανθρώπων είναι εκείνες που επηρεάζουν τη συμπεριφορά και τα συναισθήματά τους. Πρόκειται για μια επικοινωνιακή περίσταση με βασικό της εργαλείο το λόγο. Στην παρούσα διπλωματική εργασία θελήσαμε να εξετάσουμε διεξοδικά τη χρήση της γλώσσας στο συγκεκριμένο ψυχοθεραπευτικό πλαίσιο. Πιο συγκεκριμένα, σκοπός της διπλωματικής εργασίας ήταν η εξέταση των γλωσσικών επιλογών που συντελούνται στο πλαίσιο της γνωσιακής ψυχοθεραπείας και ο βαθμός στον οποίο αυτές οι επιλογές επηρεάζουν τη θεραπευτική σχέση και τη χρήση των θεραπευτικών τεχνικών. Για την επίτευξη αυτού του σκοπού, υιοθετήθηκε η οπτική της συστημικής λειτουργικής γλωσσολογίας, σύμφωνα με την οποία η γλώσσα αποτελεί πόρο νοήματος σε συνάρτηση με το κοινωνικό- πολιτισμικό περιβάλλον. Δόθηκε έμφαση στη διαπροσωπική διάσταση της γλώσσας, επομένως η γνωσιακή ψυχοθεραπεία αντιμετωπίστηκε ως ένα είδος διάδρασης. Το διαπροσωπικό νόημα της γλώσσας είναι εκείνο που μας επιτρέπει να αντιληφθούμε τους ομιλιακούς ρόλους που επιλέγουν οι μετέχοντες στο θεραπευτικό πλαίσιο, τα χαρακτηριστικά τους και τη μεταξύ τους σχέση. Όσον αφορά το μεθοδολογικό πλαίσιο, έγινε ανάλυση λόγου σε αποσπάσματα από γνωσιακές συνεδρίες που αφορούσαν όλα τα στάδια της θεραπείας. Χρησιμοποιήθηκαν δύο μεθοδολογικά εργαλεία: το σύστημα Λειτουργίας του Θεραπευτικού Λόγου (system of Therapeutic Speech) και το σύστημα της Αποτίμησης. Το σύστημα Λειτουργίας του Θεραπευτικού Λόγου προέκυψε από τη σύνθεση των βασικών σημείων δανεισμένων από δύο διαπροσωπικά γλωσσολογικά συστήματα, το διαπροσωπικό σύστημα (Interpersonal System) των Halliday & Hasan (1989) και το σύστημα των Γλωσσικών Λειτουργιών (system of Speech Function) των Halliday and Matthiessen (2004) σε συνδυασμό με την τυπολογία του Labov (1997). Τα αποτελέσματα της ανάλυσης λόγου ανέδειξαν γλωσσικά μοτίβα που διέπουν το θεραπευτικό λόγο γενικά, καθώς και γλωσσικά μοτίβα που αφορούν ειδικά το γνωσιακό ψυχοθεραπευτικό λόγο. Επιπλέον, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι γλωσσικές επιλογές των μετεχόντων φαίνεται να διαμορφώνουν τη μεταξύ τους σχέση και να συμβάλουν στη χρήση των θεραπευτικών τεχνικών. / Cognitive psychotherapy is a type of therapy based on the premise that people's thoughts are those that affect their behavior and feelings. It is a communicative circumstance with discourse as its main tool. In the present thesis we wanted to examine in detail the use of language in that particular psychotherapeutic context. More specifically, the thesis’ goal was the investigation of the language choices that occur in the context of cognitive psychotherapy and the extent to which those choices affect the therapeutic relationship and the use of therapeutic techniques. To achieve this goal, the perspective of Systemic Functional Linguistics was adopted, according to which language is a resource of meaning in relation to the socio-cultural environment. Emphasis was given at the interpersonal dimension of language therefore cognitive psychotherapy was treated as a kind of interaction. The interpersonal meaning of language is that which allows us to understand the speech roles chosen by participants in the therapeutic context, their characteristics and their interrelationship. Concerning the methodological framework, a discourse analysis of extracts from cognitive sessions, involving all stages of treatment, took place. Two methodological tools were used: the System of Therapeutic Speech and the Appraisal System. The System of Therapeutic Speech resulted from the synthesis of main elements adopted from two linguistic systems, the Interpersonal System of Halliday & Hasan (1989) and the system of Speech Function of Halliday and Matthiessen (2004) in combination with Labov’s typology (1977). The results of discourse analysis revealed linguistic patterns governing the therapeutic discourse in general as well as linguistic patterns specific to the discourse of cognitive psychotherapy. Furthermore, the results showed that the linguistic choices of the participants seem to shape their relationship and contribute to the use of therapeutic techniques.

Η αποσαφήνιση της σχέσης του γονοτύπου με το φαινότυπο ενός οργανισμού είναι μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις των επιστημών ζωής σήμερα. Για την επίτευξη του στόχου αυτού, η κατανόηση της δομής και της ρύθμισης του δικτύου πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων (ΔΠΑ) είναι ένα από τα καθοριστικά στάδια αυτής της συσχέτισης. Πρώτο βήμα προς την κατεύθυνση αυτή αποτελεί η λεπτομερής και ακριβής ανακατασκευή του ΔΠΑ. Πειραματικά αποτελέσματα που υποστηρίζουν πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις δημοσιεύονται στη βιβλιογραφία, από όπου η γνώση αυτή εξορύσσεται είτε μέσω άμεσης καταγραφής από ερευνητές είτε μέσω υπολογιστικών αλγορίθμων ανάλυσης κειμένου, και αποθηκεύεται σε πρωτογενείς βάσεις δεδομένων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων (ΒΔΠΑ). Για το ΔΠΑ στον άνθρωπο, υπάρχουν αρκετές ΒΔΠΑ, οι οποίες λόγω διαφορετικών στόχων, τρόπων εξόρυξης γνώσης από τη βιβλιογραφία και διαφορετικής διαχείρισης της βάσης, παρουσιάζουν μικρή επικάλυψη, περιγράφουν τα δεδομένα τους με ασύμβατο μεταξύ τους τρόπο και ορολογία, και ορίζουν τις πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις μέσω διαφορετικών επιπέδων αναφοράς της γονιδιακής πληροφορίας. Για την ενοποίηση δεδομένων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων από διάφορες πρωτογενείς βάσεις έχουν αναπτυχθεί μετα-βάσεις, οι οποίες προσπαθούν να ξεπεράσουν τα προβλήματα που προκύπτουν από την ετερογένεια των ΒΔΠΑ. Και στην περίπτωση των μεταβάσεων, όμως, ανακύπτουν προβλήματα, που αφορούν: α) στο ότι το δίκτυο ορίζεται με βάση τις πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις και όχι τις πρωτεΐνες-κόμβους του ΔΠΑ, β) στον πλεονασμό κωδικών ταυτοποίησης των πρωτεϊνών στα διάφορα επίπεδα αναφοράς της γονιδιακής πληροφορίας, γ) στην ετερογένεια του τρόπου κανονικοποίησης των κωδικών ταυτοποίησης πρωτεϊνών, δ) στην υστέρηση της ανανέωσής τους σε σχέση με τις πρωτογενείς βάσεις και ε) στην επιλογή των δεδομένων που καταγράφονται από τις ΒΔΠΑ. Ο σκοπός αυτής της εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη μιας μετα-βάσης δεδομένων για το δίκτυο πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων στον άνθρωπο, PICKLE, που να προσφέρει επαρκείς λύσεις στα προβλήματα αυτά. Η μεγάλη διαφορά σε σχέση με τις υπάρχουσες μετα-βάσεις είναι ο ορισμός του ΔΠΑ με βάση το αξιολογημένο πλήρες ανθρώπινο πρωτεϊνωμα (Reviewed complete Human Proteome), όπως αυτό ορίζεται από τη βάση δεδομένων γνώσης πρωτεϊνικής πληροφορίας UniProt ΚΒ. Για τις πρωτεΐνες αυτές αναζητήθηκε η σχετική πληροφορία αλληλεπιδράσεων στις πέντε κύριες δημόσιες βάσεις πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων στον άνθρωπο, DIP, HPRD, IntAct, MINT και BioGRID. Τα προβλήματα του πλεονασμού και της κανονικοποίησης λύθηκαν μέσω της ανάπτυξης μίας κατάλληλης γονιδιακής οντολογίας, η οποία μας επέτρεψε να συνδέσουμε το πλήρες ανθρώπινο πρωτεϊνωμα με τα υπόλοιπα επίπεδα αναφοράς της γενετικής πληροφορίας, δρώντας παράλληλα ως ένας ευέλικτος και ακριβής μηχανισμός κανονικοποίησης. Για τη γρήγορη ανανέωση των δεδομένων της μετα-βάσης, αναπτύχθηκε μια αυτοματοποιημένη διαδικασία σύνδεσης και ενημέρωσής της από τις PPIDBs. Η πρώτη έκδοση της PICKLE κατέγραψε 83720 αλληλεπιδράσεις για 12418 UNIPROT IDs από το σύνολο των 20225 του πλήρους ανθρώπινου πρωτεϊνωματος, που υποστηρίζονται από 27.590 δημοσιεύσεις. Η PICKLE θα εμπλουτιστεί με ένα φιλικό προς το χρήστη γραφικό περιβάλλον και θα συνδεθεί με εργαλεία ανάλυσης δικτύων και ομικών δεδομένων, για να αποτελέσει πολύτιμο εργαλείο σε βιοϊατρικές μελέτες και εφαρμογές. / The elucidation of the underlying relationship between an organism’s genotype and its expressed phenotype is currently one the greatest challenges faced by life sciences and biology in general. In order to achieve that, the better understanding of the inner structure and regulation mechanisms of the protein-protein interaction (PPI) networks is of great importance. The first step towards that goal is the detailed and accurate reconstruction of the PPI network itself. The scientific literature is constantly being updated with new experimental results supporting PPI evidence, which in turn are fed into primary PPI databases (PPIDB) by the use of either curators or text mining algorithms. Currently there is a large number of PPIDB referring to the human PPIs. Since many of them have different goals, literature curation methods, and database administration strategies, it is not surprising that they also exhibit a limited PPI overlap and incompatible terminology for PPI intera\-ctors, i.e. use of arbitrary levels of genetic organization. A number of meta-databases have been developed in order to achieve integrated overviews of PPI networks while circumventing the problems inherent in the field of primary PPI databases. Unfortunately, meta-databases have a number of issues of their own, such as: a) top-down network definition based on protein interactions instead of interactors, b) protein identifier redundancy in all levels of reference, c) the use of {\it ad hoc} normalization methods, d) infrequent updating and d) insufficient information stored. The major goal of this thesis is the design and implementation of PICKLE (Protein Interaction Knowledge Base), a meta-database for the human PPI network created specifically to tackle the aforementioned problems. PICKLE’s novelty stems from its unique approach to PPI network definition, following a bottom-up reconstruction method based on UniProt’s reviewed complete human proteome (RCHP) definition. Five primary PPIDB (DIP, HPRD, IntAct, ΜΙΝΤ and BioGRID) were mined for interactions explicitly constrained by UniProt’s proteome definition. Furthermore, in order to tackle the issues of redundancy and inadequate normalization, a specific ontology was designed which allowed linking of the RCHP set with all the other levels of genetic organization while also serving as an agile yet accurate normaliza\-tion mechanism. In order to address the issue of updating, an autonomous means of data collection and integration was developed. PICKLE’s maiden release recorded 83720 direct PPIs involving 12418 UniProt IDs (out of 20225) supported by a total of 27590 publications. PICKLE, an evolving valuable bioinformatics for biomedical research and red biotechnology applications tool will soon be updated with a user-friendly interface and upgraded by linking it with network analysis software and various omics datasets.

Η τακτική ανασκόπηση και αξιολόγηση της επίδοσης ενός οργανισμού σε θέματα εργασιακής ασφάλειας και υγείας αποτελεί απαραίτητη διεργασία για την αποτελεσματική διαχείριση των θεμάτων αυτών. Η αξιολόγηση της επίδοσης είναι στενά συνδεδεμένη με την παρακολούθηση, που στην περίπτωση της εργασιακής ασφάλειας και υγείας γίνεται μέσω δεικτών, αποτελεσμάτων και προληπτικών. Και οι δύο διεργασίες έχουν ως στόχο την παροχή πληροφοριών για την τρέχουσα επίδοση και την υποστήριξη αποφάσεων για τη βελτίωσή της. Ωστόσο, η βασική διαφορά τους έγκειται στο ότι η παρακολούθηση αποτελεί μία «περιγραφική» διεργασία, που κυρίως επικεντρώνεται σε διαδικασίες και αποτελέσματα, ενώ η αξιολόγηση αποτελεί μία «ερμηνευτική» διεργασία, που εξετάζει σε βάθος τις αλληλεπιδράσεις παραγόντων και προσπαθεί να ανακαλύψει τα αίτια που οδηγούν σε συγκεκριμένες ενέργειες ή αποτελέσματα. Η παρούσα διατριβή αφορά τη συστημική προσέγγιση που απαιτείται για την ανάπτυξη και εφαρμογή μιας διεργασίας αξιολόγησης της επίδοσης σε θέματα εργασιακής ασφάλειας και υγείας. Προς αυτήν την κατεύθυνση, η διατριβή εξετάζει αρχικά τις θεωρητικές προσεγγίσεις πάνω στο αντικείμενο της αξιολόγησης της επίδοσης σε θέματα ασφάλειας, και τις επαναπροσδιορίζει μέσα από το πρίσμα της ολιστικής προσέγγισης στα θέματα διαχείρισης της ασφάλειας. Η διατριβή στοχεύει κυρίως στη διαμόρφωση ενός θεωρητικού πλαισίου με βασικές θέσεις για τη συστημική προσέγγιση επιμέρους θεμάτων που σχετίζονται με την αξιολόγηση, όπως είναι το επίπεδο της ανάλυσης, οι αλληλεπιδράσεις παραγόντων που επηρεάζουν ή σχετίζονται με τη διαχείριση της ασφάλειας, η καθιέρωση κριτηρίων αξιολόγησης που να προκύπτουν μέσα από μια συμμετοχική διεργασία και να αντανακλούν τον συμβιβασμό μεταξύ διαφορετικών απόψεων και αντιλήψεων. Για την επικύρωση του θεωρητικού πλαισίου, προτείνεται η εφαρμογή της Μεθόδου Μαλακών Συστημάτων (Soft Systems Methodology), η οποία χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη και την εφαρμογή μίας διεργασίας αξιολόγησης της επίδοσης σε θέματα εργασιακής ασφάλειας και υγείας σε έναν συγκεκριμένο δημόσιο οργανισμό. / Regular review and evaluation of an organisation’s occupational health and safety performance are essential processes for the effective safety management. Performance evaluation is closely related to monitoring, which, in the case of occupational health and safety is done through reactive and proactive indicators. Both processes, monitoring and evaluation, aim at providing information on the current performance, and at supporting decisions on safety improvement actions. However, their basic difference is based on the fact that monitoring is a “descriptive” process, which is mainly focused on procedures and results, while evaluation is an “interpretivistic” process, which explores the inter-relations of safety related factors and seeks to identify the causes of particular actions or results. The present thesis discusses the systemic approach required for the development and implementation of an occupational health and safety evaluation process. Towards this purpose, the various theoretical positions on the subject of safety performance evaluation are initially examined and redefined through the lens of a holistic safety management approach. This thesis aims mainly at formulating a theoretical framework consisted of basic positions on the systemic approach of specific issues related with safety performance evaluation, such as: level of analysis, inter-relations of safety related factors, evaluation criteria selected through a participatory process, thus reflecting the compromise between different views and beliefs. For the validation of this theoretical framework, Soft Systems Methodology is proposed and implemented for the development and implementation of an occupational health and safety performance evaluation process in a particular organization of the public sector.

Η ενδοκυττάρια έγχυση σπέρματος (ICSI) εισήχθη ως μέθοδος υποβοηθούμενης αναπαραγωγής (ΑRT) κυρίως για την αντιμετώπιση της ανδρικής στειρότητας. Όμως, λόγω των υψηλών ποσοστών επιτυχίας, και παρά τις αυξανόμενες ανησυχίες για τους κινδύνους από τη σημαντική ανθρώπινη παρεμβολή στο γονιδίωμα, το επιγονιδίωμα και την ανάπτυξη των παιδιών, προτιμάται ακόμα και σε περιπτώσεις όπου δεν απαιτείται ιατρικά. Από τις λίγες σήμερα συστηματικές μελέτες παιδιών από ART, καταγράφεται αυξημένο ποσοστό προδιάθεσης τους σε ασθένειες που σχετίζονται με κακό καρδιομεταβολικό πρότυπο στην ενήλικη ζωή. Στόχος της εργασίας ήταν η διερεύνηση της δυνατότητας χρήσης της μεταβολομικής ανάλυσης για τον πρώϊμο και έγκυρο προσδιορισμό σχετικών διαταραχών σε δείγματα πλάσματος προεφηβικών κοριτσιών και αγοριών από ΙCSI, που επιλέχτηκαν από ένα συστηματικά χαρακτηρισμένο σύνολο παιδιών μελέτης της Α’ Παιδιατρικής Κλινικής, Νοσοκομείου «Αγία Σοφία», Ιατρικής Σχολής, ΕΚΠΑ. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ: Τα μεταβολικά πρότυπα πλάσματος (α) 10 κοριτσιών από ΙCSI και 10 από φυσιολογική γονιμοποίηση (NC) και (β) 16 αγοριών από ΙCSI και 16 από NC ποσοτικοποιήθηκαν με χρωματογραφία αερίων – φασματομετρία μάζας (GC-MS). Μετά από την ταυτοποίηση κορυφών και την κατάλληλη κανονικοποίηση των προτύπων, 86 πρότυπα 70 μεταβολιτών στα κορίτσια και 92 πρότυπα 80 μεταβολιτών στα αγόρια αναλύθηκαν ξεχωριστά, και συγκριτικά με αλγορίθμους πολυπαραμετρικής στατιστικής ανάλυσης των λογισμικών TM4-MeV (v.4.9.0), και ΧLSTAT (v.2013.4.03). Οι διαφορές στο πρότυπο σύστασης του πλάσματος σε μικρού μεγέθους μεταβολίτες μεταξύ των ΙCSI και ΝC ομάδων σε κορίτσια και αγόρια και μεταξύ των δύο φύλων οπτικοποιήθηκαν σε κατάλληλα ανακατασκευασμένο από τη βιβλιογραφία και σχετικές βάσεις δεδομένων μεταβολικό δίκτυο πολλών ιστών. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ: Στα κορίτσια, ο αλγόριθμος μερικών ελαχίστων τετραγώνων-διακριτής ανάλυσης (PLS-DA) κατέδειξε σαφή διαχωρισμό των μεταβολικών πρoτύπων μεταξύ των ομάδων ΙCSI και NC. Ο διαχωρισμός αυξάνεται με το συνυπολογισμό των βιοχημικών μετρήσεων. Στα αγόρια, η PLS-DA των μεταβολικών ή και βιοχημικών προτύπων κατέδειξε επίσης διαχωρισμό, αν και μικρότερο, σε σχέση με κορίτσια. Η ανάλυση σημαντικότητας για μικροσυστοιχίες (SAM), που ενδείκνυται για την ανάλυση ομικών δεδομένων, ανέδειξε 37 από τους 70 μεταβολίτες που αναλύθηκαν στα κορίτσια με σημαντικά διαφορετική συγκέντρωση μεταξύ των ΙCSI και ΝC ομάδων, με 34 από αυτούς να αυξάνονται στην ICSI ομάδα. Οι 34 μεταβολίτες αφορούν κύρια σε σάκχαρα, αλκοόλες και οξέα σακχάρων, οργανικά οξέα και λιπίδια, που έχουν συνδεθεί με αντίσταση στην ινσουλίνη, μεταβολικό σύνδρομο, ή/και την παχυσαρκία. Η ίδια ανάλυση στα αγόρια ανέδειξε 25 από τους 80 μεταβολίτες που αναλύθηκαν με χαρακτηριστική διαφορά μεταξύ των ομάδων ICSI και NC, εκ των οποίων 9 με σημαντικά μικρότερη συγκέντρωση στην ομάδα ΙCSI. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι στους 9 μεταβολίτες ανήκουν οι 4 με την πλέον διαφορετική συγκέντρωση μεταξύ των ICSI και NC ομάδων, που είναι η σορβιτόλη, και τα αρωματικά αμινοξέα τρυπτοφάνη, φαινυλαλανίνη και τυροσίνη. Συγκριτική ανάλυση του μεταβολικού προτύπου των δύο φύλων στην NC ομάδα κατέδειξε μια σαφή διαφοροποίηση, η οποία φαίνεται να αποτελεί κύρια αιτία της παρατηρούμενης φυλο-ειδικής μεταβολικής διαφοροποίησης μεταξύ των ομάδων ICSI και ΝC. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Η πολυπαραμετρική ανάλυση της σύστασης του πλάσματος σε μικρού μοριακού βάρους μεταβολίτες επέτρεψε τον προσδιορισμό μεταβολικών διαφορών μεταξύ των ομάδων ICSI και NC, που υποστηρίζουν την προδιάθεση των παιδιών από ICSI σε αντίσταση στην ινσουλίνη, με διακριτούς όμως μεταβολικούς και βιοχημικούς δείκτες μεταξύ των δύο φύλων. Τα ευρήματα αυτά πρέπει να επιβεβαιωθούν σε ένα ευρύτερο σύνολο παιδιών και των δύο φύλων. Καταδεικνύουν όμως την αξία της μεταβολομικής να παρέχει μία υψηλής ευκρίνειας προοπτική της μεταβολικής κατάστασης, οδηγώντας στον προσδιορισμό χαρακτηριστικών μεταβολικών προτύπων ακόμα και σε πολύπλοκες καταστάσεις φυσιολογίας. / The intracytoplasmic sperm injection (ICSI) method was introduced in artificial reproduction technology (ART) mainly to treat male infertility. However, due to its high success rates and despite the growing concerns concerning the risk that the significant human intervention associated with this method may have to the genome, epigenome and development of the offspring, the use of ICSI has gradually increased in the recent years, even when it is not medically required. Based on the few currently available systematic studies of ART conceived children, the latter are considered of higher risk for cardio-metabolic diseases as adults. The goal of the present study is to investigate whether metabolomic analysis of the blood plasma could contribute to the early and accurate determination of relevant predisposition in ICSI conceived prepubertal girls and boys, specifically selected from a systematically characterized group of children, participated in a study of the First Department of Pediatrics of the “Agia Sophia” Hospital, Medical School, University of Athens. MATERIALS AND METHODS: The blood plasma metabolic profiles of (a) 10 ICSI- and 10 naturally conceived (NC) girls and (b) 16 ICSI and 16 NC boys were acquired using gas chromatography-mass spectrometry. After peak identification and appropriate normalization, 86 profiles of 70 metabolites in girls and 92 profiles of 80 metabolites in boys were analyzed separately and comparatively using multivariate statistical analysis algorithms of TM4-MeV (v.4.9.0) and XLSTAT (v.2013.4.03) software. The differences in the plasma metabolite concentration profiles between the ICSI and NC groups in girls and boys were visualized in an inter-tissue metabolic network that was reconstructed based on relevant literature and metabolic databases. RESULTS: For the girls, the algorithm of partial least squares-discriminant analysis (PLS-DA) indicated a clear differentiation of the metabolic profiles between the ICSI and NC groups. The discrimination is more pronounced, when biochemical data are also considered. For the boys also, PLS-DA indicated separation between the metabolomic profiles of the two groups analyzed individually or in combination with the biochemical data, but not as explicit as in girls. Significance analysis for microarrays (SAM) determined 37 out of the 70 analyzed metabolites in the plasma profiles of the girls with significantly different concentration between the ICSI and the NC groups; 34 of these were of higher concentration in the ICSI group. The 34 metabolites include mainly sugars, sugar alcohols and acids, organic acids and lipids that have been associated with insulin resistance, metabolic syndrome and/or obesity. The same analysis in the plasma profiles of the boys determined 25 out of the 80 analyzed metabolites with significant difference between the ICSI and NC groups; nine of these were of significantly lower concentration in the ICSI group. It is underlined that the four most discriminatory metabolites between the ICSI and NC groups, i.e. sorbitol and the aromatic amino acids tryptophan, phenylalanine and tyrosine, are among the nine negatively significant. Comparative analysis of the metabolic profiles between the two sexes within the NC group indicated an unequivocal differentiation, which is considered to be the main cause of the observed sex-specific metabolic differences between the ICSI and NC groups. CONCLUSIONS: The multivariate statistical analysis of blood plasma metabolite profiles enabled the determination of sex-specific metabolic differences between the ICSI and NC groups; these differences support increased predisposition to insulin resistance for the ICSI offspring, with clearly different, however, metabolic and biochemical markers in the two sexes. These findings need to be confirmed in a wider group of children. They demonstrate, however, the value of metabolomics to provide a high-resolution perspective of the metabolic state, leading to the determination of characteristic metabolic profiles even in complex physiological conditions.

Σκοπός της εργασίας είναι η διερεύνηση των γλωσσικών χαρακτηριστικών στα κειμενικά είδη που εμφανίζονται στα σχολικά εγχειρίδια της Ιστορίας και της Βιολογίας του γυμνασίου, με βάση το θεωρητικό πλαίσιο και τη μεθοδολογία της Συστημικής Λειτουργικής Γλωσσολογίας (ΣΛΓ). Συγκεκριμένα, αναλύονται οι λεξικoγραμματικοί πόροι και τα σημασιολογικά χαρακτηριστικά σε είκοσι τέσσερα συνολικά κείμενα από τα σχολικά εγχειρίδια. Η έρευνα εστιάζει στις διαδικασίες και τους μετέχοντες (σύστημα μεταβιβαστικότητας), στη λεξική πυκνότητα, στην τροπικότητα, στη γραμματική μεταφορά (ιδίως στην ονοματοποίηση), στην χρονικότητα και την αιτιότητα και στις συνδετικές σχέσεις. Οι διαφοροποιήσεις του λόγου των ανθρωπιστικών και φυσικών επιστημών, η αφαίρεση και η τεχνικότητα, και τα σύνδρομα χαρακτηριστικών που χαρακτηρίζουν τα κειμενικά είδη, εξετάζονται σε συσχέτιση και με τα ευρήματα συναφών ερευνών που έχουν γίνει τόσο στην Ελλάδα όσο και διεθνώς (κυρίως στην Αυστραλία). Όπως προκύπτει από την ανάλυση των αποτελεσμάτων, τα χαρακτηριστικά αυξάνονται από τη μία τάξη στην άλλη και εντοπίζονται διαφορές στα δύο αντικείμενα. Η ανασυγκρότηση της γνώσης απαιτεί από τα παιδιά του γυμνασίου εξοικείωση με τις γραμματικές μορφές της γραπτής γλώσσας και του τρόπου που αναπτύσσονται στα κειμενικά είδη στα διάφορα μαθήματα. Επιπλέον, προτείνεται η συστηματικότερη ανάλυση και προσαρμογή των εργαλείων της ΣΛΓ στην ελληνική γλώσσα, δεδομένου ότι έχει εφαρμοστεί κατά κύριο λόγο στην αγγλική, και, τέλος, γίνονται κάποιες προεκτάσεις στην εκπαίδευση και τον γραμματισμό με γνώμονα μια ισονομιστική και χειραφετητική γνώση. / The purpose of this study is to investigate the language of genres in History and Biology school textbooks in early secondary school (gymnasio), within the frame of systemic functional linguistics (SFL). More specifically, our aim is to analyze the lexicogrammar and semantics of twenty four texts from school textbooks. The study focuses on processes and participants (system of transitivity), lexical density, modality, grammatical metaphor (especially nominalization), temporality, causality and conjunctive relations. Differences in discourse of humanities and natural sciences, technicality and abstraction, and the co-occurrence (syndromes) of characteristics in different genres are considered in relation with the findings of relevant Greek and international researches. According to data analysis, there is an increasing tension from lower to higher grade and some differences between the two subject areas. The reconstruction of knowledge demands from early secondary pupils familiarization with grammatical forms of written language and with the way that they are deployed in school genres. Furthermore, it is suggested more specific analysis and adaptation of SFL tools in Greek language, given that they have implemented basically in English, and, finally, our remarks are extended to education and literacy under the rule of equal opportunities and emancipative knowledge.

Σκοπός της διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός δυναμικού συστήματος επιχειρηματικής αρίστευσης το οποίο μπορεί να εφαρμοστεί σε οποιοδήποτε περιβάλλον (γεωγραφικό, κλαδικό, οικονομικό) υιοθετώντας τις αρχές της Ποιότητας, της Συστημικής Προσέγγισης και των Δυναμικών Συστημάτων. Ως μελέτες περίπτωσης δίνεται η ανάπτυξη του Ελληνικού Μοντέλου Επιχειρηματικής Αρίστευσης και ενός κλαδικού μοντέλου στις Τηλεπικοινωνίες. / The aim of the dissertation is the development of an integrated system of business excellence which can be applied to any environment (geographical, sector and economical) by adopting Quality Management priciples, Systemic Approach and System Dynamics. Case studies have been developed for both the Hellenic Business Excellence framework and the Telecommications sector.

H παρούσα διατριβή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Αναγνώρισης Προτύπων, του Τμήματος Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής του Πανεπιστημίου Πατρών. Αποτελεί μέρος της ευρύτερης ερευνητικής δραστηριότητας του Εργαστηρίου στον τομέα του σχεδιασμού και της εφαρμογής των τεχνολογιών Υπολογιστικής Νοημοσύνης στην ανάλυση βιολογικών δεδομένων. Η διδακτορική αυτή διατριβή χρηματοδοτήθηκε από το πρόγραμμα Ηράκλειτος ΙΙ. Ο τομέας της πρωτεωμικής είναι ένα σχετικά καινούργιο και γρήγορα αναπτυσσόμενο ερευνητικό πεδίο. Μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στον τομέα της πρωτεωμικής είναι η αναδόμηση του πλήρους πρωτεϊνικού αλληλεπιδραστικού δικτύου μέσα στα κύτταρα. Εξαιτίας του γεγονότος, ότι οι πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στις βασικές λειτουργίες ενός κυττάρου, η ανάλυση αυτών των δικτύων μπορεί να αποκαλύψει τον ρόλο αυτών των αλληλεπιδράσεων στις ασθένειες καθώς και τον τρόπο με τον οποίο οι τελευταίες αναπτύσσονται. Παρόλα αυτά, είναι αρκετά δύσκολο να καταγραφούν και να μελετηθούν οι πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις ενός οργανισμού, καθώς το πρωτέωμα διαφοροποιείται από κύτταρο σε κύτταρο και αλλάζει συνεχώς μέσα από τις βιοχημικές του αλληλεπιδράσεις με το γονιδίωμα και το περιβάλλον. Ένας οργανισμός έχει ριζικά διαφορετική πρωτεϊνική έκφραση στα διάφορα σημεία του σώματός του, σε διαφορετικά στάδια του κύκλου ζωής του και υπό διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες. Δημιουργούνται, λοιπόν, δύο πάρα πολύ σημαντικοί τομείς έρευνας, που είναι, πρώτον, η εύρεση των πραγματικών πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων ενός οργανισμού που θα συνθέσουν το πρωτεϊνικό δίκτυο αλληλεπιδράσεων και, δεύτερον, η περαιτέρω ανάλυση του πρωτεϊνικού δικτύου για εξόρυξη πληροφορίας (εύρεση πρωτεϊνικών συμπλεγμάτων, καθορισμός λειτουργίας πρωτεϊνών κτλ). Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζονται καινοτόμες αλγοριθμικές τεχνικές Υπολογιστικής Νοημοσύνης για την πρόβλεψη πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων, τον υπολογισμό ενός βαθμού εμπιστοσύνης για κάθε προβλεφθείσα αλληλεπίδραση, την πρόβλεψη πρωτεϊνικών συμπλόκων από δίκτυα πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων και την πρόβλεψη της λειτουργίας πρωτεϊνών. Συγκεκριμένα, στο κομμάτι της πρόβλεψης και βαθμολόγησης πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων αναπτύχθηκε μια πληθώρα καινοτόμων τεχνικών ταξινόμησης. Αυτές κυμαίνονται από υβριδικούς συνδυασμούς μετα-ευρετικών μεθόδων και ταξινομητών μηχανικής μάθησης, μέχρι μεθόδους γενετικού προγραμματισμού και υβριδικές μεθοδολογίες ασαφών συστημάτων. Στο κομμάτι της πρόβλεψης πρωτεϊνικών συμπλόκων υλοποιήθηκαν δύο βασικές καινοτόμες μεθοδολογίες μη επιβλεπόμενης μάθησης, οι οποίες θεωρητικά και πειραματικά ξεπερνούν τα μειονεκτήματα των υπαρχόντων αλγορίθμων. Για τις περισσότερες από αυτές τις υλοποιηθείσες μεθοδολογίες υλοποιήθηκαν φιλικές προς τον χρήστη διεπαφές. Οι περισσότερες από αυτές τις μεθοδολογίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σε άλλους τομείς. Αυτό πραγματοποιήθηκε με μεγάλη επιτυχία σε προβλήματα βιοπληροφορικής όπως η πρόβλεψη microRNA γονιδίων και mRNA στόχων τους και η μοντελοποίηση - πρόβλεψη οικονομικών χρονοσειρών. Πειραματικά, η μελέτη αρχικά επικεντρώθηκε στον οργανισμό της ζύμης (Saccharomyces cerevisiae), έτσι ώστε να αξιολογηθούν οι αλγόριθμοι, που υλοποιήθηκαν και να συγκριθούν με τις υπάρχουσες αλγοριθμικές μεθοδολογίες. Στη συνέχεια, δόθηκε ιδιαίτερη έμφαση στις πρωτεΐνες του ανθρώπινου οργανισμού. Συγκεκριμένα, οι καλύτερες αλγοριθμικές τεχνικές για την ανάλυση δεδομένων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων εφαρμόστηκαν σε ένα σύνολο δεδομένων που δημιουργήθηκε για τον ανθρώπινο οργανισμό. Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα την δημιουργία ενός πλήρους, σταθμισμένου δικτύου πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων για τον άνθρωπο και την εξαγωγή των πρωτεϊνικών συμπλόκων, που υπάρχουν σε αυτό καθώς και τον λειτουργικό χαρακτηρισμό πολλών αχαρακτήριστων πρωτεϊνών. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης των δεδομένων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων για τον άνθρωπο είναι διαθέσιμα μέσω μίας διαδικτυακής βάσης γνώσης HINT-KB (http://hintkb.ceid.upatras.gr), που υλοποιήθηκε στα πλαίσια αυτής της διδακτορικής διατριβής. Σε αυτή την βάση γνώσης ενσωματώνεται, από διάφορες πηγές, ακολουθιακή, δομική και λειτουργική πληροφορία για ένα τεράστιο πλήθος ζευγών πρωτεϊνών του ανθρώπινου οργανισμού. Επίσης, οι χρήστες μπορούν να έχουν προσβαση στις προβλεφθείσες πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις και στον βαθμό εμπιστοσύνης τους. Τέλος, παρέχονται εργαλεία οπτικοποίησης του δικτύου πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων, αλλά και εργαλεία ανάκτησης των πρωτεϊνικών συμπλόκων που υπάρχουν σε αυτό και της λειτουργίας πρωτεϊνών και συμπλόκων. Το προβλήματα με τα οποία καταπιάνεται η παρούσα διδακτορική διατριβή έχουν σημαντικό ερευνητικό ενδιαφέρον, όπως τεκμηριώνεται και από την παρατιθέμενη στη διατριβή εκτενή βιβλιογραφία. Μάλιστα, βασικός στόχος είναι οι παρεχόμενοι αλγόριθμοι και υπολογιστικά εργαλεία να αποτελέσουν ένα οπλοστάσιο στα χέρια των βιοπληροφορικάριων για την επίτευξη της κατανόησης των κυτταρικών λειτουργιών και την χρησιμοποίηση αυτής της γνώσης για γονιδιακή θεραπεία διαφόρων πολύπλοκων πολυπαραγοντικών ασθενειών όπως ο καρκίνος. Τα σημαντικόταρα επιτεύγματα της παρούσας διατριβής μπορούν να συνοψισθούν στα ακόλουθα σημεία: • Παροχή ολοκληρωμένης υπολογιστικής διαδικασίας ανάλυσης δεδομένων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων • Σχεδιασμός και υλοποίηση ευφυών τεχνικών πρόβλεψης και βαθμολόγησης πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων, που θα παρέχουν αποδοτικά και ερμηνεύσιμα μοντέλα πρόβλεψης. • Σχεδιασμός και υλοποίηση αποδοτικών αλγορίθμων μη επιβλεπόμενης μάθησης για την εξόρυξη πρωτεϊνικών συμπλόκων από δίκτυα πρωτεϊνικών αλληλλεπιδράσεων. • Δημιουργία μιας βάσης γνώσης που θα παρέχει στην επιστημονική κοινότητα όλα τα ευρήματα της ανάλυσης των δεδομένων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων για τον ανθρώπινο οργανισμό. / The present dissertation was conducted in the Pattern Recognition Laboratory, of the Department of Computer Engineering and Informatics at the University of Patras. It is a part of the wide research activity of the Pattern Recognition Laboratory in the domain of designing, implementing and applying Computational Intelligence technologies for the analysis of biological data. The present dissertation was co-financed by the research program Hrakleitos II. The proteomics domain is a quite new and fast evolving research domain. One of the great challenges in the domain of proteomics is the reconstruction of the complete protein-protein interaction network within the cells. The analysis of these networks is able to uncover the role of protein-protein interactions in diseases as well as their developmental procedure, as protein-protein interactions play very important roles in the basic cellular functions. However, this is very hard to be accomplished as protein-protein interactions and the whole proteome is differentiated among cells and it constantly changes through the biochemical cellular and environment interactions. An organism has radically different protein expression in different tissues, in different phases of his life and under varying environmental conditions. Two very important domains of research are created. First, the identification of the real protein-protein interactions within an organism which will compose its protein interaction network. Second, the analysis of the protein interaction network to extract knowledge (search for protein complexes, uncovering of proteins functionality e.tc.) In the present dissertation novel algorithmic Computational Intelligent techniques are presented for the prediction of protein-protein interactions, the prediction of a confidence score for each predicted protein-protein interaction, the prediction of protein complexes and the prediction of proteins functionality. In particular, in the task of predicting and scoring protein-protein interactions, a wide range of novel classification techniques was designed and developed. These techniques range from hybrid combinations of meta-heuristic methods and machine learning classifiers, to genetic programming methods and fuzzy systems. For the task of predicting protein complexes, two novel unsupervised methods were designed and developed which theoretically and experimentally surpassed the limitations of existing methodologies. For most of the designed techniques user friendly interfaces were developed to allow their utilizations by other researchers. Moreover, many of the implemented techniques were successfully applied to other research domaines such as the prediction of microRNAs and their targets and the forecastment of financial time series. The experimental procedure, initially focused on the well studied organism of Yeast (Saccharomyces cerevisiae) to validate the performance of the proposed algorithms and compare them with existing computational methodologies. Then, it focuses on the analysis of protein-protein interaction data from the Human organism. In specific, the best algorithmic techniques, from the ones proposed in the present dissertation, were applied to a human protein-protein interaction dataset. This resulted to the construction of a weighted protein-protein interaction network of high coverage, to the extraction of human protein complexes and to the functional characterization of Human proteins and complexes. The results of the analysis of Human protein-protein interaction data are available in the web knowledge base HINT-KB (http://hintkb.ceid.upatras.gr) which was implemented during this dissertation. In this knowledge base, structural, functional and sequential information from various sources were incorporated for every protein pair. Moreover, HINTKB provide access to the predicted and scored protein-protein interactions and to the predicted protein complexes and their functional characterization. The problems which occupied the present dissertation have very significant research interest as it is proved by the provided wide bibliography. The basic goal is the provided algorithms and tools to contribute in the ultimate goal of systems biology to understand the cellular mechanisms and contribute in the development of genomic therapy of complex diseases such as cancer. The most important achievements of the present dissertation are summarized in the next points: • Providing an integrated computational framework for the analysis of protein-protein interaction data. • Designing and implementing intelligent techniques for predicting and scoring protein-protein interactions in an accurate and interpretable manner. • Designing and implementing effective unsupervised algorithmic techniques for extracting protein complexes and predicting their functionality. • Creating a knowledge base which will provide to the scientific community all the findings of the analysis conducted on the Human protein-protein interaction data.

Στην μετα-γονιδιωματική εποχή, την εποχή της συστημικής βιολογίας, η κατανόηση της πολυπλοκότητας της κυτταρικής φυσιολογίας απαιτεί την ανάλυση της δυναμικής των δικτύων βιομοριακών αλληλεπιδράσεων σε όλα τα μοριακά επίπεδα κυτταρικής λειτουργίας. Με τη σειρά της, η λειτουργική γονιδιωματική, ένας θεμελιώδης λίθος της συστημικής βιολογίας, στοχεύει στον πολυδιάστατο χαρακτηρισμό ενός γονιδίου, συνδυάζοντας δεδομένα από τις τεχνολογίες υψηλής απόδοσης. Είναι αυτή ακριβώς η ενοποίηση όλων των μοριακών προτύπων για ένα διαταραγμένο βιολογικό σύστημα που μπορεί να δώσει πληροφορίες αναφορικά με την λειτουργία ενός αγνώστου γονιδίου. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα Διπλωματική Εργασία αποτελεί μέρος της ολιστικής λειτουργικής ανάλυσης δύο αλληλεπιδρώντων, αγνώστου βιολογικού ρόλου, πρωτεϊνών, της DGCR14 και της FRA10AC1, οι οποίες έχουν απομονωθεί ως συστατικά του σωματιδίου συναρμογής και έχουν συσχετιστεί με νευρολογικές ασθένειες. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στην μεταβολομική μελέτη των μοριακών επιπτώσεων της υπερέκφρασης της DGCR14 σε ένα ανθρώπινο κυτταρικό μοντέλο, τα κύτταρα HeLa, με την χρήση της αέριας χρωματογραφίας - φασματομετρία μάζας. Ωστόσο, για να επιτευχθεί αυτό, θέματα σχετικά με τις δυνατότητες ποσοτικοποίησης των πολυβηματικών ομικών αναλύσεων έπρεπε να επιλυθούν. Μια σημαντική παράμετρος αφορά στην γρήγορη αδρανοποίηση των ενζυματικών διεργασιών έτσι ώστε οι αποκτηθέντες μετρήσεις να αντικατοπτρίζουν την πραγματική κυτταρική φυσιολογία. Για τον σκοπό αυτό, ο πειραματικός σχεδιασμός πρέπει να τροποποιείται κατάλληλα έτσι ώστε οποιεσδήποτε απαιτούμενες προ-αναλυτικές διαδικασίες χειρισμού των κυττάρων να έχουν ελάχιστη επίδραση στην φυσιολογία τους. Μελετήσαμε συνεπώς την επίδραση τεσσάρων πρωτοκόλλων συλλογής προσκολλημένων κυττάρων και δύο διαφορετικών διαλυμάτων έκπλυσης στο μεταβολικό πρότυπο κυττάρων HeLa. Τα μεταβολομικά δεδομένα αξιολογήθηκαν στο πλαίσιο της καρκινικής μεταβολικής φυσιολογίας και το πρωτόκολλο με την ελάχιστη δυνατή επίδραση στην κυτταρική φυσιολογία καθορίστηκε. Μεταξύ των αποτελεσμάτων αυτής της μελέτης, πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με την μεταβολική φυσιολογία των αθανατοποιημένων κυτταρικών σειρών προέκυψαν, οι οποίες ενίσχυσαν σημαντικά την υπάρχουσα γνώση γύρω από τον καρκινικό μεταβολισμό, σε σταθερές ή μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες. Επακόλουθα, η βελτιστοποίηση της διαδικασίας συλλογής είχε ως αποτέλεσμα την δημιουργία ενός αντιπροσωπευτικού μεταβολικού προτύπου κυττάρων HeLa πάνω στο οποίο πραγματοποιήθηκε η αξιολόγηση της υπερέκφρασης της πρωτεΐνης DGCR14 χωρίς να επισκιάζεται από πειραματικές αποκλίσεις εισαγόμενες από την διαδικασία χειρισμού των κυττάρων. Αναφορικά με τα κύτταρα που υπερεκφράζουν την DGCR14, η μεταβολομική ανάλυση εντόπισε μια αλλαγή φυσιολογίας συνδεόμενη με συγκεκριμένα μεταβολικά μονοπάτια τα οποία υποδηλώνουν έντονο μεταβολικό στρες. Για να διερευνήσουμε την συσχέτιση της υπερέκφρασης της DGCR14 με τον παραπάνω μεταβολικό φαινότυπο, χρησιμοποιήσαμε το ανακατασκευασμένο δίκτυο πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων του σωματιδίου συναρμογής στον άνθρωπο και το δίκτυο πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων στον άνθρωπο από την μετα-βάση δεδομένων PICKLE, προκειμένου να αντλήσουμε επιπλέον πληροφορίες για τον ρόλο της DGCR14 βάσει της θέσης της σε σχέση με άλλους κόμβους και υπερ-κόμβους. Μια πιθανή λειτουργική συσχέτιση της DGCR14 με αυτοφαγικούς και λυσοσωμικούς μηχανισμούς βρέθηκε, η οποία θα αξιολογηθεί και μελλοντικά μέσω της ανάλυσης, ξεχωριστά και συνδυαστικά, των μοριακών συνεπειών της υπερ- και υπο-έκφρασης σε όλα τα μοριακά επίπεδα κυτταρικής λειτουργίας. / In the post-genomic, systems biology era, developing a systems level understanding of a physiological process requires the analysis of biomolecular network dynamics at all molecular levels of cellular function. Likewise, functional genomics, an essential foundation of systems biology research, aims to define and analyze gene function at a global level by integrating data obtained from multiple high-throughput technologies. It is the integration of all the molecular profiles for a systematically perturbed system that can provide insight about the function of unknown genes. Along these lines, the present study is part of the systematic functional analysis of two interacting, but yet of unknown biological role, spliceosomal proteins, DGCR14 and FRA10AC1, that have both been implicated in neurological diseases. The present work focuses on studying the molecular consequences of DGCR14 overexpression in a human cell model, HeLa cells, at the metabolic level using Gas Chromatography-(ion trap) Mass Spectrometry. However, to succeed in this, issues regarding the quantification capabilities of the multistep omic analysis procedures needed to be resolved. A major concern refers to the fast quenching of any enzymatic processes, so that the acquired measurements indeed reflect the cellular physiology in vivo. To this end, the experimental design should be appropriately adjusted so that any required sample handling actions before quenching have a minimal effect on cellular physiology. Thus, we investigated the effect of four cell collection protocols and two different washing solutions on the intracellular metabolic profile measurements of a HeLa cell culture. The measurements were interpreted in the context of the known cancer cell metabolic physiology and the protocol with the minimum possible effect on cellular physiology was specified. Among the results of this study, valuable information about the metabolic physiology of the immortal cell line arise, which improved our knowledge about cancer metabolism under steady or varying environmental conditions. Subsequently, the optimization of the collection procedure enabled us to establish a representative metabolic profile of HeLa cells against which the overexpression of DGCR14 was evaluated without being obscured by the effect of the sample handling. Regarding the overexpressing cells, the metabolomic analysis detected a trend of physiological change connected to specific metabolic pathways indicating strong metabolic stress. To understand how DGCR14 overexpression generates this particular metabolic phenotype, we used the human spliceosomal complex protein-protein interaction (PPI) network and the integrated human PPI meta-database PICKLE to extract additional information about DGCR14 role based on its location with respect to other nodes and hubs. A possible functional correlation of DGCR14 to autophagic and lysosomal mechanisms was established, that will be further evaluated in the future through the analysis, separately and in combination, of the consequences of DGCR14 over- and under-expression at all molecular levels of cellular function.