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Graph data is an omnipresent way to represent information in machine learning. Especially, in neuroscience research, data from Diffusion-Tensor Imaging (DTI) and functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) is commonly represented as graphs. Exploiting the graph structure of these modalities using graph-specific machine learning applications is currently hampered by the lack of easy-to-use software. PHOTONAI Graph aims to close the gap between domain experts of machine learning, graph experts and neuroscientists. Leveraging the rapid machine learning model development features of the Python machine learning API PHOTONAI, PHOTONAI Graph enables the design, optimization, and evaluation of reliable graph machine learning models for practitioners. As such, it provides easy access to custom graph machine learning pipelines including, hyperparameter optimization and algorithm evaluation ensuring reproducibility and valid performance estimates. Integrating established algorithms such as graph neural networks, graph embeddings and graph kernels, it allows researchers without significant coding experience to build and optimize complex graph machine learning models within a few lines of code. We showcase the versatility of this toolbox by building pipelines for both resting–state fMRI and DTI data in the hope that it will increase the adoption of graph-specific machine learning algorithms in neuroscience research.
Protein post-translational modification with ubiquitin (Ub) is a versatile signal regulating almost all aspects of cell biology, and an increasing range of diseases is associated with impaired Ub modification. In this light, the Ub system offers an attractive, yet underexplored route to the development of novel targeted treatments. A promising strategy for small molecule intervention is posed by the final components of the enzymatic ubiquitination cascade, E3 ligases, as they determine the specificity of the protein ubiquitination pathway. Here, we present UbSRhodol, an autoimmolative Ub-based probe, which upon E3 processing liberates the pro-fluorescent dye, amenable to profile the E3 transthiolation activity for recombinant and in cell-extract E3 ligases. UbSRhodol enabled detection of changes in transthiolation efficacy evoked by enzyme key point mutations or conformational changes, and offers an excellent assay reagent amenable to a high-throughput screening setup allowing the identification of small molecules modulating E3 activity.
Das Glioblastom ist eine tödliche maligne Erkrankung des zentralen Nervensystems. Etablierte Therapiekonzepte resultieren in einer Fünfjahresüberlebensrate von fünf Prozent. Die derart infauste Prognose wird unter anderem bedingt durch die Heterogenität des Tumors. Insbesondere einer Population stammzellartiger Zellen wird die Verantwortung für Resistenz und Rekurrenz des Glioblastoms zugesprochen. Die genuine Plastizität des Glioblastoms mit entsprechender Fähigkeit zur Änderungen tumorweiter Expressionsprofile und Ausbildung einzigartiger funktioneller Fähigkeiten kann ohne gezielte Beeinträchtigung von stammzellartigen Zellen womöglich nicht ausreichend überwunden werden. Als Urheber kritischer Eigenschaften erscheint die erfolgreiche Elimination dieser Population innerhalb des Glioblastoms notwendig um nachhaltige Therapieerfolge zu erzielen. Mögliche Strategien der Elimination stammzellartiger Zellen setzen an Differenzierung und Ausbeutung stammzelltypischer Signalwege zur Modulation dieser Zellen an. Hierdurch sollen zentrale Fähigkeiten der Population stammzellartiger Zellen, wie Selbsterneuerung, Resistenz gegenüber Strahlen- und Chemotherapie und erneute Formation heterogener Tumore, überwunden werden.
Zentrale zelluläre Prozesse, welche zum Erhalt des stammzellartigen Zustandes dieser Zellen beitragen, sind unter anderem der Hedgehog- und Notch-Signalweg. Einer Beeinträchtigung dieser Signalwege wohnt womöglich die Fähigkeit der effektiven Modulation zentraler Eigenschaften stammzellartiger Zellen inne. Neben diesen Signalwegen gibt es eine Reihe weiterer Prozesse, welchen eine Urheberschaft an der Resistenz der Zellen zugesprochen wird. Hierzu zählt beispielweise der Prozess der Autophagie. Die Autophagie ist ein hochkonservierter zellulärer Mechanismus zur Selbsterneuerung durch Selbstdegradation fehlerhafter zellulärer Komponenten. Gleichzeitig kann die Autophagie durch eine Überaktivität zu einem spezifischen, autophagischen Zelltod beitragen. Die Modulation dieses Dualismus kann in einer Vielzahl von Tumoren, so auch im Glioblastom, das Schicksal einer tumorfördernden Autophagie in eine antitumorale Autophagie ändern.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmalig eine Modulation zentraler Eigenschaften stammzellartiger Zellen durch die Beeinflussung ihrer zellulären Prozesse mittels kombinierter Therapie durch Arsentrioxid oder GANT und (-)-Gossypol gezeigt. Arsentrioxid wirkt unspezifisch unter anderem als Inhibitor von Notch- und Hedgehog-Signalweg. Diese Inhibition wurde auch in den untersuchten Zellen nachgewiesen und führte zu einer Reduktion von stammzelltypischen Markerproteinen und Fähigkeiten der Tumorgenese in -vitro und ex -vivo, sowie zur Sensitivierung gegenüber strahleninduzierten Schäden. Gegenüber einer spezifischen Hedgehog-Inhibition durch eine GANT-vermittelte Bindung an Gli-Transkriptionsfaktoren zeigten sich deutliche Vorteile der dualen Inhibition durch Arsentrioxid hinsichtlich der genannten Eigenschaften. Die Kombination der Substanzen mit dem pan-Bcl-Inhibitor (-)-Gossypol führte zu einer synergistischen Steigerung der antitumoralen Effekte. (-)-Gossypol wird in Gliomzellen insbesondere mit der Modulation der autophagischen Maschinerie und Auslösung eines autophagischen Zelltodes in Verbindung gebracht. Die Ergebnisse weisen parallele Signalweginteraktionen mit effektiver Modulation des DNA-Damage-Response-Systems durch die Reduktion des Proteins CHEK als kausalen Mechanismus des Synergismus der Substanzen aus.
Die beobachteten Änderungen der typischen Eigenschaften stammzellartiger Zellen durch die Therapie mit Arsentrioxid und (-)-Gossypol implizieren lohnende Folgeuntersuchungen zur weiteren Evaluation dieser Effekte in -vivo, um zukünftig translationale Ableitungen zu erlauben. Die Heterogenität des Glioblastoms und seine genuine Plastizität lassen sich womöglich erfolgreich durch multiple Eingriffe in unterschiedliche zelluläre Prozesse, hierunter Notch- und Hedgehog-Signaling, modulieren. Hierdurch könnten zentrale Eigenschaften des Glioblastoms eventuell effektiv verändert und Resistenz sowie Rekurrenz überwunden werden.
Bilateral simultaneous cochlear implantation is a safe method of hearing rehabilitation in adults
(2023)
Purpose: Bilateral cochlear implantation is an effective treatment for patients with bilateral profound hearing loss. In contrast to children, adults mostly choose a sequential surgery. This study addresses whether simultaneous bilateral CI is associated with higher rates of complications compared to sequential implantation.
Methods: 169 bilateral CI surgeries were analyzed retrospectively. 34 of the patients were implanted simultaneously (group 1), whereas 135 patients were implanted sequentially (group 2). The duration of surgery, the incidence of minor and major complications and the duration of hospitalization of both groups were compared.
Results: In group 1, the total operating room time was significantly shorter. The incidences of minor and major surgical complications showed no statistically significant differences. A fatal non-surgical complication in group 1 was particularly extensively reappraised without evidence of a causal relationship to the chosen mode of care. The duration of hospitalization was 0.7 days longer than in unilateral implantation but 2.8 days shorter than the combined two hospital stays in group 2.
Conclusion: In the synopsis of all considered complications and complication-relevant factors, equivalence of simultaneous and sequential cochlear implantation in adults in terms of safety was found. However, potential side effects related to longer surgical time in simultaneous surgery must be considered individually. Careful patient selection with special consideration to existing comorbidities and preoperative anesthesiologic evaluation is essential.
Motivation DNA CpG methylation (CpGm) has proven to be a crucial epigenetic factor in the gene regulatory system. Assessment of DNA CpG methylation values via whole-genome bisulfite sequencing (WGBS) is, however, computationally extremely demanding.
Results We present FAst MEthylation calling (FAME), the first approach to quantify CpGm values directly from bulk or single-cell WGBS reads without intermediate output files. FAME is very fast but as accurate as standard methods, which first produce BS alignment files before computing CpGm values. We present experiments on bulk and single-cell bisulfite datasets in which we show that data analysis can be significantly sped-up and help addressing the current WGBS analysis bottleneck for large-scale datasets without compromising accuracy.
Availability An implementation of FAME is open source and licensed under GPL-3.0 at https://github.com/FischerJo/FAME.
Investigators in the cognitive neurosciences have turned to Big Data to address persistent replication and reliability issues by increasing sample sizes, statistical power, and representativeness of data. While there is tremendous potential to advance science through open data sharing, these efforts unveil a host of new questions about how to integrate data arising from distinct sources and instruments. We focus on the most frequently assessed area of cognition - memory testing - and demonstrate a process for reliable data harmonization across three common measures. We aggregated raw data from 53 studies from around the world which measured at least one of three distinct verbal learning tasks, totaling N = 10,505 healthy and brain-injured individuals. A mega analysis was conducted using empirical bayes harmonization to isolate and remove site effects, followed by linear models which adjusted for common covariates. After corrections, a continuous item response theory (IRT) model estimated each individual subject’s latent verbal learning ability while accounting for item difficulties. Harmonization significantly reduced inter-site variance by 37% while preserving covariate effects. The effects of age, sex, and education on scores were found to be highly consistent across memory tests. IRT methods for equating scores across AVLTs agreed with held-out data of dually-administered tests, and these tools are made available for free online. This work demonstrates that large-scale data sharing and harmonization initiatives can offer opportunities to address reproducibility and integration challenges across the behavioral sciences.
Complexome profiling (CP) is a powerful tool for systematic investigation of protein interactors that has been primarily applied to study the composition and dynamics of mitochondrial protein complexes. Here, we further optimised this method to extend its application to survey mitochondrial DNA- and RNA-interacting protein complexes. We established that high-resolution clear native gel electrophoresis (hrCNE) is a better alternative to preserve DNA- and RNA-protein interactions that are otherwise disrupted when samples are separated by the widely used blue native gel electrophoresis (BNE). In combination with enzymatic digestion of DNA, our CP approach improved the identification of a wide range of protein interactors of the mitochondrial gene expression system without compromising the detection of other multi-protein complexes. The utility of this approach was particularly demonstrated by analysing the complexome changes in human mitochondria with impaired gene expression after transient, chemically-induced mtDNA depletion. Effects of RNase on mitochondrial protein complexes were also evaluated and discussed. Overall, our adaptations significantly improved the identification of mitochondrial DNA- and RNA-protein interactions by CP, thereby unlocking the comprehensive analysis of a near-complete mitochondrial complexome in a single experiment.
Einleitung: Frailty (engl. für Gebrechlichkeit) bezeichnet eine mit hohem Alter zunehmende Verschlechterung des körperlichen und kognitiven Zustandes von Individuen, woraufhin der Körper nicht mehr in der Lage ist, adäquat auf äußere und innere Stressoren zu reagieren. Frailty ist mit einer erhöhten Morbiditäts- und Mortalitätsrate sowie längerer Krankenhausverweildauer und erhöhter postoperativer Komplikationsrate verbunden und stellt folglich einen chirurgischen Risikofaktor dar.
Problemstellung: Die Relevanz eines strukturierten Frailty Assessments in der präoperativen Risikostratifizierung führte zur Indikationsstellung, diverse validierte Risk Assessment Tools auf ihre prädiktive Vorhersagekraft bezüglich des Auftretens von postoperativen Komplikationen und postoperativer Sterbewahrscheinlichkeit zu untersuchen.
Methoden: In die vorliegende Studie wurden Patienten, die in dem Zeitraum vom 01.09.2018 und 31.01.2019 in der allgemeinchirurgischen Ambulanz vorstellig waren und einen allgemeinchirurgischen Eingriff erhielten, aufgenommen. Mittels Fragebögen wurden die Scores „Risk Analysis Index“, „Edmonton Frail Scale“ sowie „Charlson Comorbidity Index“ präoperativ erhoben und retrospektiv mit Daten aus der digitalen Patientenakte zusammengeführt. Endpunkte waren die 90-Tages- Mortalität sowie das Auftreten von schweren postoperativen Komplikationen ab Clavien Dindo Grad 3b. Die Analyse erfolgte in SPSS mittels Chi-Quadrat Test, t- Test und ROC-Kurven Analysen.
Ergebnisse: Das durchschnittliche Alter der Studienkohorte lag bei 56 ± 15.9 Jahren und der Anteil männlicher Patienten überwog mit 59.2% (n=282).
Die Fragebögen wurden 739 Patienten vorlegt und 476 Patienten konnten in die Datenanalyse eingeschlossen werden. Die 90-Tages-Mortalität lag bei 2.7% (n=13) und 9% (n=43) erlitten schwere postoperative Komplikationen ab Clavien-Dindo Grad IIIb. Die Einteilung nach der ASA-Klassifikation (p=0.024), maligne Diagnosen -7-(p<0.001) und Majorkomplikationen (p<0.001) stellten präoperative Risikofaktoren für postoperative 90-Tage-Mortalität dar. Von den Risk Assessment Scores zeigte lediglich der Risk Analysis Index eine signifikante Korrelation auf (p=0.013). Ein mittels ROC-Analyse ermittelter Cut-Off Wert von 23 klassifizierte 166 (34.9%) Patienten als frail, die mit 69% Sensitivität und 66% Spezifität (AUC=0.735) ein erhöhtes Risiko für postoperatives Versterben innerhalb von 90 Tagen aufwiesen (p=0.008). Risikofaktoren für das Auftreten schwerer postoperativer Komplikationen waren die ASA-Klassifikation (p=0.041), längere Krankenhausverweildauer (p<0.001) und maligne Diagnosen (p<0.001). Der Charlson Comorbidity Index (p=0.031) und RAI-C Werte ≥ 23 (p<0.001) korrelierten signifikant mit Majorkomplikationen. Das Alter ab 65 Jahren stellte mit 77 % Spezifität und 69 % Sensitivität ebenfalls einen prädiktiven Risikofaktor für postoperative Mortalität dar (AUC=0,787).
Schlussfolgerung: Mithilfe validierter Risk Assessment Tools ist es möglich Patienten, die ein erhöhtes Risiko für postoperative negative Ereignisse aufweisen, bereits präoperativ zu erkennen. Dies ermöglicht eine bessere Beurteilung der chirurgischen Indikationsstellung sowie das rechtzeitige Ergreifen von risikominimierenden Maßnahmen. Es ist notwendig die Ergebnisse dieser Arbeit künftig mit risikominimierenden Maßnahmen zu verknüpfen und zu untersuchen, ob die Implementierung der Risk Assessment Tools zu verbesserten postoperativen Ergebnissen führt, wenn modifizierbare Faktoren verbessert werden.