Hellenic National Archive of Doctoral Dissertations
Not a member yet
56257 research outputs found
Sort by
Study of vortex flows in the solar atmosphere
No full textThe solar atmosphere hosts a large number of plasma phenomena that occur at various spatial and temporal scales. Over the recent decades, the unprecedented increase of the resolution of solar telescopes combined with the optimization of observational techniques and the implementation of state-of-the-art modelling has revealed several small-scale phenomena in the solar atmosphere, which, despite their emergence in theoretical studies and simulations, eluded, until recently, direct observation. The small-scale vortical motions, turbulent flows and swirling structures manifested in the atmosphere of the quiet Sun, compose a group of such phenomena and fall in to the scope of the current thesis. Solar tornadoes are magnetic structures, which are twisted due to the effect of turbulent plasma of the upper layers of the convection zone on the local magnetic field. Resent studies suggest that this an obiquitous phenomenon on the Sun, while there are strong indications that these structures contribute significantly to the propagation of magneto-hydrodynamic (MHD) waves, as well as, to the transfer of mass, momentum and energy between the layers of the lower and the upper solar atmosphere. In observations of the chromosphere solar vortices, tornadoes and tornado-like phenomena manifest themselves as spiral- or circular-like dark features, called chromospheric swirls. In this thesis, we conduct an extensive and multifaceted study of the observational signature of solar vortices in the solar chromosphere, i.e., chromospheric swirls. For our study, we used two high-resolution, multi-spectral Datasets (I and II), obtained in a quiet Sun region at the center of the solar disk in the spectral lines Hα, Ca II 8542 Angstrom, and Ca II K, using the CRisp Imaging SpectroPolarimeter (CRISP) and the CHROMospheric Imaging Spectrometer (CHROMIS) instruments at the ground-based Swedish 1-m Solar Telescope (SST). These were complemented with simultaneous, spatially and temporally coaligned observations of intensity (filtergrams) from the space missions Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) and Solar Dynamics Observatory (SDO). We developed a novel automated detection algorithm for these structures, which exploits their morphological characteristics and can be applied both to observations and simulations. The application of this algorithm to the chromospheric observations from both instruments revealed a large population of swirls, forming the largest statistical sample of Hα observations to date. Using this statistical sample, we conducted an extensive statistical analysis to determine the populations and significant physical characteristics of chromospheric swirls (surface density, occurrence rate, radius, lifetime). Following the application of the algorithm on different chromospheric spectral lines, namely the Hα, Ca II 8542 Angstrom, and Ca II K, we identified swirls at different heights -isolating common detections in the solar chromosphere- and studied the temporal evolution of their morphology and their connection with the photosphere and the upper chromosphere. Using spatially and temporally coaligned images from various filters from the IRIS and SDO space missions, we investigated the morphological response of the swirls in the transition region and the solar corona. We studied the observational profiles of the chromospheric spectral lines Hα, Ca II 8542 Angstrom, and Ca II K, within the swirling spirals performing simultaneously a comparative analysis with their surrounding areas, calculating and analysing, both quantitatively and qualitatively, significant physical parameters, as well as their correlations, with the aim of estimating their dynamic and kinematic state. By comparing the observational profiles with synthetic profiles —derived from the combined use of the realistic 3D MHD simulation of the solar atmosphere (Bifrost) and the 1D radiative transfer code RH— we attempt to estimate their temperature and formation height in the chromosphere.Η ηλιακή ατμόσφαιρα φιλοξενεί έναν μεγάλο αριθμό από φαινόμενα που οφείλονται στην αλληλεπίδραση πλάσματος και μαγνητικού πεδίου. Τα φαινόμενα αυτά εμφανίζονται σε ποικίλες χωρικές και χρονικές κλίμακες και παρατηρούνται σε όλα τα μήκη κύματος από τις ακτίνες Χ, έως τα ραδιοκύματα. Τις τελευταίες δεκαετίες η εντυπωσιακή αύξηση της διακριτικής ικανότητας των ηλιακών τηλεσκοπίων σε συνδυασμό με τη βελτιστοποίηση των τεχνικών παρατήρησης και την αξιοποίηση μεθόδων επεξεργασίας, ανάλυσης και μοντελοποίησης έχουν αναδείξει διάφορα φαινόμενα μικρής κλίμακας στην ηλιακή ατμόσφαιρα, που, παρά το γεγονός ότι είχαν προβλεφθεί θεωρητικά, διέφευγαν μέχρι πρόσφατα της άμεσης παρατήρησης. Σε μία τέτοια κατηγορία εντάσσονται τα στροβιλοειδή φαινόμενα μικρής κλίμακας (με διαμέτρους < 1 Mm) που παρατηρούνται στην ατμόσφαιρα του ήρεμου Ήλιου και τα οποία μελετάμε στην παρούσα διατριβή, εστιάζοντας κυρίως σε παρατηρήσεις της χρωμόσφαιρας. Οι ηλιακοί στρόβιλοι είναι μαγνητικές δομές, οι οποίες έχουν συστραφεί λόγω της επίδρασης των τυρβωδών κινήσεων πλάσματος των ανώτερων στρωμάτων της ζώνης μεταφοράς στο τοπικό μαγνητικό πεδίο. Τα ερευνητικά αποτελέσματα των τελευταίων ετών υποδηλώνουν πως πρόκειται για ένα πολυπληθές και εκτεταμένο φαινόμενο στον Ήλιο, ενώ υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις ότι συμβάλλουν στη διάδοση μαγνητοϋδροδυναμικών (ΜΥΔ) κυμάτων και στη μεταφορά ενέργειας, μάζας και ορμής μεταξύ των στρωμάτων της κατώτερης και ανώτερης ηλιακής ατμόσφαιρας. Στις παρατηρήσεις της χρωμόσφαιρας οι ηλιακοί στρόβιλοι εκδηλώνονται ως σπειροειδείς ή κυκλοειδείς σκοτεινές δομές, που ονομάζονται «χρωμοσφαιρικές δίνες» (chromospheric swirls). Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιήσαμε μία εκτενή και πολύπλευρη μελέτη του παρατηρησιακού αποτυπώματος των ηλιακών στροβίλων στην ηλιακή χρωμόσφαιρα, δηλαδή τις χρωμοσφαιρικές δίνες. Για τη μελέτη μας χρησιμοποιήσαμε δύο πολυφασματικά Σύνολα Παρατηρήσεων (Ι και ΙΙ) υψηλής διακριτικής ικανότητας που έχουν ληφθεί σε περιοχή ήρεμου Ήλιου στο κέντρο του ηλιακού δίσκου στις φασματικές γραμμές Ηα, Ca II 8542 Angstrom και Ca II K από τα όργανα CRisp Imaging SpectroPolarimeter (CRISP) και CHROMospheric Imaging Spectrometer (CHROMIS) του επίγειου τηλεσκοπίου Swedish 1-m Solar Telescope (SST), με ταυτόχρονες, χωρικά και χρονικά ευθυγραμμισμένες, παρατηρήσεις εντάσεων από τα φίλτρα των διαστημικών αποστολών Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) και Solar Dynamics Observatory (SDO). Αναπτύξαμε έναν νέο, καινοτόμο αυτοματοποιημένο αλγόριθμο ανίχνευσης των δομών αυτών, που εκμεταλλεύεται τα μορφολογικά τους χαρακτηριστικά με δυνατότητα εφαρμογής τόσο σε παρατηρήσεις, όσο και σε προσομοιώσεις. Η εφαρμογή του αλγορίθμου σε παρατηρήσεις της χρωμόσφαιρας και από τα δύο όργανα αποκάλυψε έναν μεγάλο πληθυσμό δινών διαμορφώνοντας το μεγαλύτερο ως τώρα στατιστικό δείγμα από παρατηρήσεις της Ηα. Με τη χρήση του στατιστικού δείγματος αυτού πραγματοποιήσαμε εκτεταμένη στατιστική μελέτη προκειμένου να προσδιορίσουμε τους πληθυσμούς και τα βασικά φυσικά χαρακτηριστικά των χρωμοσφαιρικών δινών (επιφανειακή πυκνότητα, ρυθμό εμφάνισης, ακτίνα, χρόνο ζωής), ενώ κατόπιν εφαρμογής του αλγορίθμου σε διαφορετικές φασματικές γραμμές ταυτοποιήσαμε τις δίνες σε διαφορετικά ύψη της ηλιακής χρωμόσφαιρας και μελετήσαμε τη χρονική εξέλιξη της μορφολογίας τους, αλλά και τη σύνδεσή τους με τη φωτόσφαιρα και την ανώτερη χρωμόσφαιρα. Χρησιμοποιώντας χωρικά και χρονικά ευθυγραμμισμένες εικόνες από διάφορα φίλτρα των διαστημικών αποστολών IRIS και SDO διερευνήσαμε τη μορφολογική απόκριση των δινών στη μεταβατική περιοχή και το στέμμα. Μελετήσαμε τα παρατηρησιακά προφίλ των φασματικών γραμμών της χρωμόσφαιρας Ηα, Ca II 8542 Angstrom και Ca II K, στις σπείρες και την ευρύτερη περιοχή των χρωμοσφαιρικών δινών, υπολογίζοντας και αναλύοντας ποσοτικά και ποιοτικά βασικές φυσικές παραμέτρους από αυτά, καθώς και τις μεταξύ τους συσχετίσεις, με σκοπό την εκτίμηση της δυναμικής και κινητικής τους κατάστασης. Συγκρίνοντας τα παρατηρησιακά προφίλ με συνθετικά προφίλ, που προκύπτουν από τη συνδυαστική χρήση της ρεαλιστικής 3D ΜΥΔ προσομοίωσης της ηλιακής ατμόσφαιρας Bifrost και του κώδικα μονοδιάστατης επίλυσης της εξίσωσης διάδοσης της ακτινοβολίας RH επιχειρούμε την εκτίμηση της θερμοκρασίας και του ύψους σχηματισμού τους στη χρωμόσφαιρα
Hemostatic indicators of recovered plasma
No full textIntroduction: Despite the fact that there are clear guidelines on industrial manufacture of plasma-derived medicinal products, there is no expiration date for plasma intended for fractionation and the effect of prolonged storage remains unknown. Furthermore, although factor VIII (FVIII) is the quality assurance indicator of plasma, global assays could more accurately reflect the hemostatic profile of plasma. Aim: The aim of this study was to investigate the effect of prolonged storage on the degradation kinetics and stability of various coagulation factors and inhibitors, as well as to analyze recovered plasma stored for a long period of time using a global method and correlate the results with the activity of FVIII. Materials and methods: Two separate studies were performed. In both, units of recovered plasma, which had been stored at –30 °C at the National Blood Donation Center for up to 11 years and came from a temporarily inactive fractionation program were examined. In the first part of the study, a total of 237 plasma units stored for one year (62 units), five years (75 units) and 10 years (100 units) were examined. The factors studied were: FII, FV, FVII, FVIII, FIX, FX, FXI, FXII, FXIII, fibrinogen, antithrombin (AT) and albumin. Comparison of values between 1 and 5, 1 and 10 and 5 and 10 years of storage was performed. In the second part of the study, a total of 60 plasma units, stored for 11 years (12 units), 7 years (18 units), 3 years (17 units) and 2 years (13 units) were examined. The analyses were performed using rotational thromboelastometry (ROTEM®, Munich, Germany) without accelerating activators (NATEM assay). The results were correlated with the activity of FVIII.Results: Albumin, AT, fibrinogen, FIX, FXI, FXII and FXIII remain rather stable even after 10 years of storage. The levels of FII, FV, FVII, FVIII and FX decreased after 5 years of storage. Despite the decrease in FVIII, most ROTEM parameters (CT, CFT, α-angle, LI30 and LI60) were within normal range regardless of storage time. Conclusions: Recovered plasma could possibly be used for industrial manufacture of medicinal products after several years of storage at the recommended temperature. If confirmed in further studies, global methods, such as thromboelastometry, could more accurately assess the hemostatic potential of recovered plasma.Εισαγωγή: Παρά το γεγονός ότι υπάρχουν σαφείς οδηγίες για την παρασκευή φαρμακευτικών σκευασμάτων που προέρχονται από το πλάσμα, δεν προβλέπεται χρόνος λήξης για το πλάσμα που προορίζεται για κλασματοποίηση και η επίδραση της παρατεταμένης αποθήκευσης παραμένει άγνωστη. Επιπλέον, αν και ο παράγοντας VIII (FVIII) αποτελεί το δείκτη διασφάλισης της ποιότητας του πλάσματος, οι σφαιρικές δοκιμασίες πιθανά να αντικατοπτρίζουν με μεγαλύτερη ακρίβεια το αιμοστατικό προφίλ του πλάσματος. Σκοπός: Σκοπός της παρούσας ερευνητικής μελέτης ήταν να διερευνηθεί η επίδραση της παρατεταμένης αποθήκευσης στην κινητική αποδόμησης και τη σταθερότηταδιαφόρων παραγόντων πήξης και ανασταλτών, καθώς επίσης και η ανάλυση με σφαιρικές μεθόδους και η συσχέτιση των αποτελεσμάτων με τη δραστικότητα του FVIII ανακτημένου πλάσματος αποθηκευμένου για μεγάλο χρονικό διάστημα. Υλικό και μέθοδος: Πραγματοποιήθηκαν δύο επιμέρους μελέτες. Σε αμφότερες εξετάστηκαν μονάδες πλάσματος ανάκτησης, οι οποίες ήταν αποθηκευμένες στους – 30 °C στο Εθνικό Κέντρο Αιμοδοσίας (Ε.ΚΕ.Α) για έως και 11 έτη και προέρχονταν από ένα προσωρινά ανενεργό πρόγραμμα κλασματοποίησης. Στο πρώτo μέρος της μελέτης εξετάστηκαν συνολικά 237 μονάδες πλάσματος εκ των οποίων οι 62 ήταν αποθηκευμένες για 1 έτος, οι 75 για 5 έτη και οι 100 για 10 έτη. Οι παράγοντες που μελετήθηκαν ήταν οι εξής: FII, FV, FVII, FVIII, FIX, FX, FXI, FXII, FXIII, ινωδογόνο, αντιθρομβίνη (ΑΤ) και αλβουμίνη. Πραγματοποιήθηκε σύγκριση των τιμών μεταξύ ενός και 5, ενός και 10 και 5 και 10 ετών αποθήκευσης. Στο δεύτερο μέρος της μελέτης εξετάστηκαν συνολικά 60 μονάδες πλάσματος εκ των οποίων 12 ήταν αποθηκευμένες για 11 έτη, 18 για 7 έτη, 17 για 3 έτη και 13 για 2 έτη. Οι αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν με τη μέθοδο της περιστροφικής θρομβοελαστομετρίας (ROTEM®, Munich, Germany) χωρίς ενεργοποιητή (δοκιμασία ΝΑΤΕΜ). Τα αποτελέσματα συσχετίστηκαν με τη δραστικότητα του FVIII. Αποτελέσματα: Η αλβουμίνη, η AT, το ινωδογόνο, ο FIX, ο FXI, ο FXII και ο FXIII παραμένουν μάλλον σταθερά ακόμη και μετά από 10 έτη αποθήκευσης. Τα επίπεδα των FII, FV, FVII, FVIII και FX μειώθηκαν μετά από 5 έτη αποθήκευσης. Παρά τη μείωση του FVIII, οι περισσότερες παράμετροι ROTEM (CT, CFT, α-γωνία, LI30 και LI60) ήταν εντός φυσιολογικού εύρους ανεξάρτητα από το χρόνο αποθήκευσης. Συμπεράσματα: Το ανακτημένο πλάσμα μπορεί ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί από τη φαρμακοβιομηχανία έπειτα από αρκετά έτη αποθήκευσης στη συνιστώμενηθερμοκρασία. Εάν επιβεβαιωθούν τα αποτελέσματα σε περαιτέρω μελέτες, οι σφαιρικές μέθοδοι, όπως η θρομβοελαστομετρία, θα μπορούσαν να αξιολογήσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια το αιμοστατικό δυναμικό του ανακτημένου πλάσματος
Marginalia in manuscripts of byzantine chronographical texts: the epitome of histories by John Zonaras
No full textThe research scope of this thesis refers to the studying of certain byzantine and meta- byzantine codes (13th – 14th and 16th century). More specifically, the study focuses on the time when Ioannis Zonaras was working on his chronicle, History’s Epitome (12th cent.). The research includes a more specific and specialized part of his writings, the extra notes on the side of the page (marginalia), which have not yet been reviewed as much and, so, are very promising. The first part of the attempt presents the theory behind the study. First of all, there is a brief presentation of Ioannis Zonaras’s life and work so the reader has the chance to understand, in the best way possible, the writer’s personality and the historical and social circumstances under which he carried on his work. Furthermore, there has been an effort to reconstitute the way reading in Byzantium took place, through evidence we have available and some which have been maintained through time. The research specializes in the chronicles and each reader’s comprehension of them. Evidently, there is reference to the Epitome and the response it had from the reading audience. In the next part, there is an introduction to the term “marginalia”. This term includes the listing down of the writings (on the side of the page) which pertain to the thoughts or comments of past or present readers. Simultaneously, there also happens to exist a more detailed report on the kinds of marginalia which are answered in these chronicles and historic texts. Certain emphasis has once again been given to the History’s Epitome (M. Pinder, vol. i-ii, Bonnae 1841), since this is the main scope of the study. We conclude this part with the presentation of the transcription method which was followed for the marginalia and lastly the description of the codes which are reviewed. So, in conclusion this is the attempt of the presentation of the theory behind the study. The second part refers to the corpus of the transcription. It is divided into three parts. There is the main corpus which includes notes and comments from the writers or commentators whose writing relates to the writing of the current text. Then, there is the first chapter which includes notes and comments not from the writers of the current text and then, the second chapter with notes and comments from the Büttner- Wobst, vol. iii edition. All these have the purpose of displaying as fully as possible the complete work of Ioannis Zonaras’s. Finally, regarding the conclusions of the research, they are to be found in the last part of the work. The notes on the side are presented already in teams and categories and for the bigger part, what prevails are descriptive notes which pertain to the period of Hebrew history. During the Roman period, the critics save their words while afterwards, what can be found are notes which function as added material to the already existing text. Furthermore, pretty frequently, there is the replacement of a verb, noun or preposition, from the part of the critic, in order to improve the meaning of the text, while more rarely there are comments that express admiration or judgment or explanations. Taking all these into consideration, the researcher concludes that the understanding of epitome historiarum by the readership varies but the intention of every reader/critic is to "converse" with the text, interfering even with the grammar or syntax of it. Maybe in this way, the reader/critic feels more as if they make the text their own and become the sharer of the plot of the story they read.Το ερευνητικό πεδίο της παρούσας διατριβής αφορά τη μελέτη βυζαντινών και μεταβυζαντινών κωδίκων (13ος-14ος και 16ος αιώνας). Πιο συγκεκριμένα, η μελέτη εντοπίζεται στο χρονογραφικό έργο του Ιωάννη Ζωναρά, Επιτομή Ιστοριών (12ος αι.). Η έρευνα περιλαμβάνει ένα πιο εξειδικευμένο πεδίο των χειρογράφων, τις παρασελίδιες σημειώσεις (marginalia), ένα πεδίο όχι ιδιαίτερα ερευνημένο και γι’ αυτό ανερχόμενο. Το πρώτο τμήμα του πονήματος παρουσιάζει το θεωρητικό κομμάτι της μελέτης. Αρχικά, σκιαγραφούνται εν συντομία ο βίος και η εργογραφία του Ιωάννη Ζωναρά προκειμένου ο αναγνώστης να γνωρίσει και να κατανοήσει, με τον καλύτερο δυνατό τρόπο, την προσωπικότητα του συγγραφέα, αλλά και το πλαίσιο των ιστορικών και κοινωνικών συνθηκών στις οποίες δρα ως υποκείμενο. Έπειτα, γίνεται μία προσπάθεια ανασύστασης του τρόπου που τελείται η ανάγνωση στο Βυζάντιο μέσα από τεκμήρια που διαθέτουμε και έχουν διατηρηθεί στο πέρασμα του χρόνου. Η έρευνα εξειδικεύεται στα χρονικά και την πρόσληψή τους από τον εκάστοτε αναγνώστη. Βεβαίως, γίνεται ιδιαίτερη αναφορά στην Επιτομή και την ανταπόκριση που επιτυγχάνεται στο αναγνωστικό της κοινό. Στο επόμενο στάδιο γίνεται εισαγωγή στην έννοια του όρου παρασελίδιες σημειώσεις (marginalia) ο οποίος εμπεριέχει την καταγραφή στην ώα των χειρογράφων των σκέψεων/σχολίων αναγνωστών σύγχρονων ή και μεταγενέστερων. Ταυτόχρονα, γίνεται και μια πιο εξειδικευμένη αναφορά στα είδη των παρασελίδιων σημειώσεων που απαντώνται στα χρονογραφικά και ιστορικά κείμενα. Ιδιαίτερη έμφαση, και πάλι, δίνεται στην Επιτομή Ιστοριών (M. Pinder, vol. i-ii, Bonnae 1841), αφού αυτή αποτελεί το πεδίο μελέτης. Το στάδιο αυτό ολοκληρώνεται με την παρουσίαση της μεθόδου μεταγραφής των παρασελίδι- ων σημειώσεων. Τέλος, ακολουθεί η περιγραφή των κωδίκων που μελετώνται, και έτσι ολοκληρώνεται η παρουσίαση του θεωρητικού πλαισίου.Το δεύτερο τμήμα αφορά αυτό καθεαυτό το corpus της μεταγραφής. Χωρίζεται σε τρία μέρη. Το βασικό corpus το οποίο περιλαμβάνει σημειώσεις/σχολιασμούς των γραφέων/σχολιαστών των οποίων η γραφή ταυτίζεται με τους γραφείς του τρέχοντος κειμένου. Το πρώτο Παράρτημα το οποίο περιέχει σημειώσεις/σχολιασμούς που δεν ανήκουν στους γραφείς του τρέχοντος κειμένου. Και, το δεύτερο Παράρτημα όπου καταγράφονται σημειώσεις/σχολιασμοί οι οποίοι προέρχονται από την έκδοση του Büttner-Wobst, vol. iii, με στόχο την πληρέστερη παρουσίαση του συνολικού έργου του Ιωάννη Ζωναρά. Τέλος, όσον αφορά τα συμπεράσματα της μελέτης, παρουσιάζονται κατά περίπτωση στο πρώτο τμήμα του πονήματος. Οι παρασελίδιες σημειώσεις ομαδοποιούνται και κατηγοριοποιούνται. Κυριαρχούν, στη συντριπτική τους πλειοψηφία, οι περιγραφικές σημειώσεις και απαντώνται κυρίως στην περίοδο της Εβραϊκής Ιστορίας. Στην Ρωμαϊκή πε-ρίοδο οι σχολιαστές είναι πιο λακωνικοί. Ακολουθούν οι σημειώσεις που λειτουργούν συμλπηρωματικά στο κείμενο, ως προσθήκες σε αυτό από άποψη περιεχομένου. Αρκετά συχνή είναι και η αντικατάσταση ρήματος, ουσιαστικού ή πρόθεσης με στόχο, από πλευράς του σχολιαστή, τη βελτίωση του κειμένου. Πιο σπάνια εντοπίζονται σχόλια που εκφράζουν θαυμασμό, ασκούν κριτική ή δρουν επεξηγηματικά. Από όλα τα προαναφερθέντα, λοιπόν, ο μελετητής κατανοεί ότι η πρόσληψη της Επιτομής Ιστοριών από το ανγνωστικό κοινό ποικίλει και ότι πρόθεση του εκάστοτε αναγνώστη/σχολιαστή είναι να «συνομιλήσει» με το κείμενο, παρεμβαίνοντας ακόμα και ως προς την γραμματική ή τη συντακτική του μορφή. Ίσως, κατ’αυτόν τον τρόπο, ο αναγνώστης/σχολιαστής αισθάνεται ότι «οικειοποιείται» περαιτέρω το κείμενο και γίνεται ο ίδιος κοινωνός της πλοκής της ιστορίας που αναγιγνώσκει
Mathematical approach to the variations of physicochemical properties in mixtures of petroleum distillation products with alternative fuels
No full textThis study focuses on the mathematical analysis and modeling of changes in the physicochemical properties observed when petroleum distillation products are blended with alternative fuels. Using computational methods and experimental data, properties such as density, conductivity, vapor pressure, and relative density are examined. The aim is to understand the interactions and predict the behavior of the mixtures under various conditions. The mathematical approach enables the optimization of compositions for energy efficiency and environmental compliance. Emphasis is also placed on correlating the physicochemical characteristics with pollutant emissions during combustion, aiming at the control and reduction of atmospheric pollutants. The results contribute to the development of sustainable fuels and the improvement of industrial processing operations.Η παρούσα μελέτη επικεντρώνεται στη μαθηματική ανάλυση και μοντελοποίηση των αλλαγών στις φυσικοχημικές ιδιότητες που παρατηρούνται όταν προϊόντα απόσταξης πετρελαίου αναμειγνύονται με εναλλακτικά καύσιμα. Χρησιμοποιώντας υπολογιστικές μεθόδους και πειραματικά δεδομένα, εξετάζονται ιδιότητες όπως η πυκνότητα, η αγωγιμότητα, η τάση ατμών και η σχετική πυκνότητα. Στόχος είναι η κατανόηση των αλληλεπιδράσεων και η πρόβλεψη της συμπεριφοράς των μειγμάτων υπό διάφορες συνθήκες. Η μαθηματική προσέγγιση επιτρέπει τη βελτιστοποίηση των συνθέσεων για ενεργειακή απόδοση και περιβαλλοντική συμμόρφωση. Δίνεται επίσης έμφαση στη συσχέτιση των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών με τις εκπομπές ρύπων κατά την καύση, με στόχο τον έλεγχο και τη μείωση των ατμοσφαιρικών ρύπων. Τα αποτελέσματα συμβάλλουν στην ανάπτυξη βιώσιμων καυσίμων και στη βελτίωση των βιομηχανικών εργασιών επεξεργασίας
Study of radiofrequency electromagnetic wave distribution and thermal rise in specialized multi-reflection environments
No full textThe present PhD thesis undertakes a comprehensive study of the interaction between mobile phone electromagnetic radiation and biological tissues, focusing on multi-reflection exposure environments and on the factors that determine energy absorption, field distribution, and the resulting temperature rise. Through Finite-Difference Time-Domain (FDTD) simulations, SAR levels and temperature increases are evaluated under various scenarios, while safety limits for vulnerable populations (children, pregnant women) in different specialized exposure settings (closed-space multi-reflection chambers) are also identified. Finally, findings are compared across anthropomorphic models, and conclusions are drawn about the conditions that intensify local and whole-body exposure in the context of non-thermal biological effects. Initially, the theoretical framework of the research analyzes the principal risks associated with mobile phone use and highlights the parameters affecting EM fields absorption, such as geometry, antenna type and position, operating frequency, the mass density, the anatomy of the tissue and the dielectric properties. It also reviews studies on sensitive population groups (children, pregnant women) and the special exposure environments in which radiation may be amplified. Furthermore, the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method mathematical framework followed by analysis of absorbing boundary-condition techniques. It then defines the Specific Absorption Rate (SAR), reviews current SAR safety limits and standards, and finally connects field intensity to Pennes’s bioheat equation for computing tissue temperature increases due to electromagnetic exposure, concluding the specification of boundary conditions. The simulation protocols are described in detail, defining the anthropomorphic body models, the mobile phone model, and the exposure environments (elevator cabins type). It also specifies the dosimetric scenarios studied, including different phone to head positions, relative model placements within the cabin and to each other, and various operating frequencies of the phone antenna. All results taken are analyzed for each study scenario, and compare the extracted metrics, and identify high values when accounting for multi-reflection environments. Also, deviations are reported between different models and overall configurations. Finally, the conclusions discuss the effects of five different elevator cabin configurations, three phone placements relative to the user’s head, and various antenna operating frequencies on SAR and tissue thermal response for all human models and scenarios, both inside the cabin and in free space are summarized. The thesis focuses on quantitative comparisons across scenario categories and on evaluating differences at common study points, in order to derive universal conclusions regarding safety and the influence of mobile-phone usage parameters in complex environments.Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή επιχειρεί μια ολοκληρωμένη προσέγγιση της αλληλεπίδρασης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας κινητών τηλεφώνων με βιολογικούς ιστούς, εστιάζοντας σε περιβάλλοντα έκθεσης πολλαπλών ανακλάσεων, και στους παράγοντες που καθορίζουν την απορρόφηση ενέργειας, την κατανομή των πεδίων και την αύξηση θερμοκρασίας λόγω αυτών. Μέσα από προσομοιώσεις με τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών στο πεδίο του χρόνου αξιολογούνται τα επίπεδα SAR και την άνοδο θερμοκρασίας κάτω από διαφορετικά σενάρια χρήσης, ενώ ταυτόχρονα εντοπίζουμε τις κατανομές ηλεκτρομαγνητικού πεδίου για ευπαθείς ομάδες (παιδιά, έγκυες) σε διαφορετικά ειδικά περιβάλλοντα έκθεσης (θάλαμοι πολλαπλών ανακλάσεων κλειστού χώρου). Τέλος, συγκρίνονται τα ευρήματα μεταξύ αριθμητικών μοντέλων και εξάγονται συμπεράσματα για τις συνθήκες που εντείνουν την τοπική και ολική έκθεση στη μελέτη μη-θερμικών βιολογικών επιπτώσεων. Στο πρώτο κεφάλαιο ορίζεται το θεωρητικό πλαίσιο της έρευνας όπου αναλύονται οι βασικοί κίνδυνοι από τη χρήση κινητού τηλεφώνου, και αναδεικνύονται οι παράμετροι που επηρεάζουν το ρυθμό απορρόφησης του πεδίου (τύπος και θέση κεραίας, συχνότητα λειτουργίας, γεωμετρία ανθρωπίνου σώματος). Επιπλέον, περιγράφονται μελέτες σε ευαίσθητες πληθυσμιακές ομάδες (παιδιά, έγκυες) και τα ειδικά περιβάλλοντα έκθεσης όπου η ακτινοβολία μπορεί να ενισχύεται. Στο δεύτερο κεφάλαιο εισάγεται η μαθηματική θεμελίωση της μεθόδου των Πεπερασμένων Διαφορών στο Πεδίο του Χρόνου (Finite-Difference Time-Domain - FDTD) και η παρουσίαση των τεχνικών απορροφητικών οριακών συνθηκών. Στη συνέχεια ορίζεται ο Ρυθμός Ειδικής Απορρόφησης (SAR), και αναφέρονται τα ισχύοντα όρια και τα πρότυπα ασφάλειας για το SAR. Τέλος συνδέεται η ένταση των πεδίων με την η βιοθερμική εξίσωση του Pennes για τον υπολογισμό της τοπικής ανόδου θερμοκρασίας στους ιστούς λόγω ΗΜ ακτινοβολίας και ολοκληρώνεται με τον καθορισμό των συνοριακών συνθηκών. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται τα πρωτόκολλα προσομοιώσεων, όπου ορίζονται τα μοντέλα των ανθρωπομορφικών σωμάτων, το μοντέλο του κινητού τηλεφώνου και τα περιβάλλοντα έκθεσης (θάλαμοι ανελκυστήρα). Επιπλέον, καθορίζονται τα δοσιμετρικά σενάρια μελέτης με διαφορετικές θέσεις ομιλίας κινητού σε σχέση με το κεφάλι, σχετικές θέσεις μοντέλων μέσα στην καμπίνα αλλά και μεταξύ τους και οι συχνότητες λειτουργίας της κεραίας του κινητού. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύονται τα αποτελέσματα ανά σενάριο μελέτης, συγκρίνονται τα εξαγόμενα μεγέθη και εντοπίζονται υψηλές τιμές λαμβάνοντας υπόψη τα περιβάλλοντα πολλαπλών ανακλάσεων και καταγράφονται οι σχετικές αποκλίσεις μεταξύ μοντέλων και συνολικών ρυθμίσεων. Στο πέμπτο κεφάλαιο συνοψίζονται τα συμπεράσματα και αναλύονται οι επιδράσεις των πέντε διαφορετικών διαμορφώσεων του ανελκυστήρα, των τριών θέσεων τοποθέτησης του κινητού τηλεφώνου σε σχέση με το κεφάλι του χρήστη και των διαφορετικών συχνοτήτων λειτουργίας της κεραίας στο πεδίο SAR και στη θερμική απόκριση των ιστών για όλα τα ανθρώπινα μοντέλα και σενάρια, τόσο εντός της καμπίνας του ανελκυστήρα όσο και στον ελεύθερο χώρο. Η μελέτη εστιάζει στην ποσοτική σύγκριση των μετρήσεων ανά κατηγορία σεναρίου, αλλά και στην αξιολόγηση των διαφορών στα κοινά σημεία μελέτης, προκειμένου να εξαχθούν τα καθολικά συμπεράσματα σχετικά με την ασφάλεια και την επίδραση των ΗΜ πεδίων στον άνθρωπο
The criminal offense of overdue payment to the government: the mechanism for imposing "double" sanctions for non-payment of the same debt
No full textThis study, examines and analyzes in depth a doubly interesting topic, on the one hand, the problematic of punishable tax evasion to the State, that is, a punishable behavior whose establishment and operation is due exclusively to the ingenuity of the national legislator, and on the other hand, the problematic that develops in relation to the model of the mechanism of "double" sanctions, that is, a problematic related to the operation of the principle of "ne bis in idem", the presumption of innocence and its aftermath. The dogmatic analysis of the first problematic, the parallel interpretive intersection with fields of other branches of domestic law (bankruptcy law, administrative law, etc.) and with provisions of special legislation (l. 4557/2018, l. 5104/2024, etc.), and then its conjunction with the second problematic proves to be interesting, both at a theoretical level and at a level of court practice, especially due to the different treatment of the emerging issues of imposing "double" criminal sanctions and "double" dual sanctions, on the one hand, by the national (administrative and criminal) courts, on the other hand, by the ECHR and thirdly by the CJEU.Η διατριβή, εξετάζει και αναλύει σε βάθος μια διττά ενδιαφέρουσα θεματική, αφενός, την προβληματική της αξιόποινης φοροϋπερημερίας προς το Δημόσιο, δηλαδή μιας αξιόποινης συμπεριφοράς η θέσπιση και λειτουργία της οποίας οφείλεται αποκλειστικά στην ευρηματικότητα του εθνικού νομοθέτη, αφετέρου, την προβληματική που αναπτύσσεται σε σχέση με το μοντέλο του μηχανισμού επιβολής «διπλών» κυρώσεων, δηλαδή μιαςπροβληματικής που σχετίζεται με τη λειτουργία της αρχής ne bis in idem, του τεκμηρίου της αθωότητας και της μετενέργειάς του. Η δογματική ανάλυση της πρώτης προβληματικής, η παράλληλη ερμηνευτική της διασταύρωση με πεδία άλλων κλάδων του εσωτερικού δικαίου (πτωχευτικό δίκαιο, διοικητικό δίκαιο κ.λπ.) και με διατάξεις ειδικών νομοθετημάτων (ν. 4557/2018, ν. 5104/2024 κ.λπ.), και στη συνέχεια η σύζευξή της με τη δεύτερη προβληματική αποδεικνύεται ενδιαφέρουσα, τόσο σε θεωρητικό επίπεδο, όσο και σε επίπεδο δικαστηριακής πρακτικής, ιδιαίτερα λόγω της διαφορετικής αντιμετώπισης των ανακύπτοντων ζητημάτων επιβολής «διπλών» ποινικών κυρώσεων και «διπλών» δυαδικών κυρώσεων, αφενός μεν, από τα εθνικά (διοικητικά και ποινικά) δικαστήρια, αφετέρου δέ, από το ΕΔΔΑ και εκ τρίτου από το ΔΕΕ
Study of the MTHFR 677C>T polymorphism in children and adolescents with Hashimoto's thyroiditis: an original case-control study
No full textAbstract: Background/objectives: Hashimoto's thyroiditis (HT) is the most common cause of hypothyroidism during childhood and adolescence. Children and adolescents with HT have an increased susceptibility to the development of thyroid nodules and thyroid cancer.Among the genetic causes of thyroid cancer, the 677C>T polymorphism of the methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR) gene is also reported. This study investigated for the first time the association between the 677C>T polymorphism (rs1801133) of the MTHFR gene and HT in children and adolescents. Methods: This case-control study included 130 children and adolescents with HT and 130 healthy controls. The 677C>T polymorphism of the MTHFR gene was studied in all participants with restriction fragment length polymorphism (RFLP) methodology for genetic variance analysis. Results: Children and adolescents with HT presented approximately 2.5 times more frequently the T allele sequences (CT and TT variants) and the T alleles in total for the 677C>T polymorphism of the MTHFR gene compared to the healthy population (OR: 2.56, CI: 1.53-4.21 and OR: 2.57, CI: 1.59-4.16, respectively). Children and adolescents with HT and T allele sequences (CT and TT variants) exhibited abnormal thyroglobulin antibodies (anti-TG) two times more frequently compared to those with the wild-type (CC) sequence in the same population (OR: 2.13, CI: 1.04-4.389). Conclusions: Children and adolescents with HT showed an increased frequency of T allele sequences (CT and TT variants) and total T alleles of the 677C>T polymorphism of the MTHFR gene compared to the healthy population.Εισαγωγή και Σκοπός: Η θυρεοειδίτιδα Hashimoto (ΘΧ) αποτελεί μία από τις πιο συχνές αιτίες υποθυρεοειδισμού στην παιδική και εφηβική ηλικία. Τα παιδιά και οι έφηβοι με ΘΧ έχουν αυξημένη συχνότητα ανάπτυξης όζων θυρεοειδούς αδένα και καρκίνου του θυρεοειδούς αδένα. Μεταξύ των γενετικών αιτίων του καρκίνου του θυρεοειδούς αδένα, αναφέρεται ο πολυμορφισμός 677C>T του γονιδίου της μεθυλενοτετραϋδροφυλλικής αναγωγάσης (MTHFR). Σκοπός της παρούσας πρωτότυπης μελέτης ήταν η αναζήτηση του πολυμορφισμού 677C>T (rs1801133) του γονιδίου MTHFR σε παιδιά και εφήβους με ΘΧ και η διερεύνηση της συσχέτισης τους. Ασθενείς και μέθοδοι: Η παρούσα ερευνητική, πρωτότυπη μελέτη ασθενών και ομάδας ελέγχου περιλάμβανε 130 παιδιά και εφήβους με ΘΧ και 130 παιδιά και εφήβους υγιούς πληθυσμού. Ο πολυμορφισμός 677C>T του γονιδίου MTHFR ταυτοποιήθηκε σε όλους τους συμμετέχοντες με χρήση περιοριστικού ενζύμου και αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR-RFLP). Αποτελέσματα: Τα παιδιά και οι έφηβοι με ΘΧ παρουσίασαν περίπου 2,5 φορές συχνότερα τις αλληλουχίες Τ αλληλόμορφων (παραλλαγές CT και TT) και το σύνολο των Τ αλληλόμορφων του πολυμορφισμού 677C>T του γονιδίου MTHFR σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου (OR: 2,56, CI : 1,53- 4,21 και OR: 2,57, CI: 1,59- 4.16 αντίστοιχα). Τα παιδιά και οι έφηβοι με ΘΧ και με αλληλουχίες Τ αλληλόμορφων (παραλλαγές CT και TT) είχαν 2 φορές πιο συχνά υψηλότερο τίτλο αυτοαντισωμάτων έναντι της θυρεοσφαιρίνης (anti-TG) σε σύγκριση με την αλληλουχία «άγριου» τύπου (CC) της ίδιας ομάδας (OR: 2,13, CI: 1,04 - 4.389). Συμπεράσματα: Τα παιδιά και οι έφηβοι με ΘΧ παρουσίασαν συχνότερα τις αλληλουχίες των Τ αλληλόμορφων (παραλλαγές CT και ΤΤ) και το σύνολο των Τ αλληλόμορφων του πολυμορφισμού 677C>T του γονιδίου MTHFR σε σύγκριση με υγιή παιδιά και εφήβους. Λόγω της σύνδεσης των μεταλλαγών αυτών με τον καρκίνο του θυρεοειδούς αδένα η συχνή και στενή παρακολούθηση των ασθενών αυτών είναι αναγκαία
Προηγμένες μέθοδοι ερμηνεύσιμης τεχνητής νοημοσύνης βασισμένες σε ασαφή γνωστικά δίκτυα
No full textAs Artificial Intelligence (AI) systems become increasingly integrated into high-stakes domains such as healthcare, industrial automation, and finance, the demand for transparency, interpretability, and trustworthiness has become paramount. While modern machine learning (ML) and deep learning (DL) models offer exceptional predictive capabilities, their opaque, black-box nature poses significant challenges for human understanding, auditing, and accountability. This has led to a surge of interest in eXplainable Artificial Intelligence (XAI), a research field devoted to creating methods that elucidate the reasoning behind AI-based decisions in a human-comprehensible manner. Despite considerable progress in this regard, existing XAI approaches, particularly post-hoc ones, often suffer from issues of fidelity, inconsistency, and vulnerability to manipulation, which casts doubt on the reliability of the provided explanations. More fundamentally, both interpretable and black-box models typically rely on correlation-based learning, making them susceptible to spurious correlations that compromise their robustness and generalizability. Furthermore, most models fail to incorporate expert domain knowledge, a gap that significantly weakens their utility in data-scarce or rapidly changing environments, where up-to-date human insight is crucial but not captured in existing datasets. In response to the aforementioned limitations, this dissertation investigates the use of Fuzzy Cognitive Maps (FCMs) for developing robust, interpretable, and causally grounded AI models. FCMs resemble knowledge-based recurrent neural networks and are represented as directed causal graphs. They have demonstrated high effectiveness in modeling and simulating dynamic complex systems and are widely applied to predictive tasks such as pattern classification, multi-output regression, and time-series forecasting. Their unique ability to combine expert knowledge with data-driven learning, while providing transparent and dynamic reasoning, makes them particularly suitable for the goals of XAI. Nevertheless, traditional FCMs still face significant challenges, including distinguishing causation from mere correlations in data, managing the computational complexity of analyzing and interpreting large-scale models, and the lack of methods for delivering actionable explanations. This dissertation presents three novel methodologies, each discussed in a dedicated chapter, that collectively aim to overcome these barriers and elevate the role of FCMs in the XAI landscape. The first contribution introduces Information Flow-Based Fuzzy Cognitive Maps (IF-FCMs), which incorporate Liang-Kleeman Information Flow (L-K IF) analysis into the FCM learning process. L-K IF analysis provides a mathematically rigorous framework for causal inference, enabling IF-FCMs to capture authentic causal relationships from multivariate time-series data. Unlike traditional data-driven FCM construction methods that rely on black-box or correlation-based learning algorithms, IF-FCMs embed these inferred relationships as structural constraints during training. This approach eliminates spurious associations, resulting in more accurate and interpretable models. Empirical validation using both synthetic and real-world industrial datasets confirms that IF-FCMs outperform classic FCMs and recent advanced variants. The second contribution addresses the scalability challenge of analyzing large and complex FCMs, where traditional explanation methods, such as causal effect analysis, become computationally infeasible owing to the combinatorial explosion of causal paths as the network size and edge density increase. To overcome this limitation and support interpretability in high-dimensional settings, the dissertation introduces the Total Causal Effect Calculation for FCMs (TCEC-FCM), an efficient algorithm designed to compute the total causal effect of one concept on another across all causal paths between them. TCEC-FCM combines binary search with graph traversal techniques, significantly reducing runtime complexity. Numerical simulations on synthetic networks of varying sizes and densities confirm its superior performance over baseline methods, thereby enhancing the global interpretability of large-scale FCMs. The third contribution introduces CF-BP (Counterfactuals via BackPropagation), a novel method for generating counterfactual explanations in quasi-nonlinear FCMs, a recent extension of traditional FCMs designed to overcome long-standing convergence issues. Counterfactual reasoning is vital for decision support because it helps users understand how input variables must change to achieve a specific outcome. CF-BP frames this as an optimization problem, identifying the minimal input perturbations required to achieve a desired output. This enables intuitive "what-if" analyses and reveals potential model biases, thereby promoting fairness and transparency. Leveraging the similarity between the recurrent reasoning processes of q-FCMs and forward propagation in artificial neural networks (ANNs), the proposed algorithm applies backpropagation to compute the required input changes efficiently. Empirical evaluations against eight model-agnostic counterfactual methods demonstrate CF-BP’s superior performance across key criteria, including proximity, sparsity, validity, stability, and computational efficiency. Beyond their theoretical value, the proposed methodologies were extensively tested in various high-impact domains, demonstrating their practical effectiveness. In industry, they were applied to predictive maintenance, fault detection in industrial and robotic systems, as well as overload diagnosis in electrical power grids, achieving significant improvements in diagnostic accuracy and interpretability. In environmental science, they were employed for the sustainable management of Mediterranean river basins through participatory modelling and simulations under different scenarios, revealing the growing pressure on water resources due to increasing demand and highlighting the importance of socio-economic parameters. Lastly, in medicine, our research showcased the potential of Causal eXplainable AI (CXAI) methods in enhancing transparency, robustness, and trust in clinical decision support systems for cancer diagnosis. Overall, these contributions advance the development of both XAI methodologies and FCMs, providing tools that make AI models more transparent, causally grounded, and reliable, which are key prerequisites for their safe deployment in critical areas.Καθώς τα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης (ΤΝ) διεισδύουν ολοένα και περισσότερο σε κρίσιμους τομείς, όπως η υγεία, η βιομηχανία και τα χρηματοοικονομικά, καθίσταται επιτακτική η ανάγκη για διαφάνεια, ερμηνευσιμότητα και αξιοπιστία. Ωστόσο, παρότι τα σύγχρονα μοντέλα μηχανικής και βαθιάς μάθησης επιτυγχάνουν εντυπωσιακές επιδόσεις πρόβλεψης, η λειτουργία τους ως «μαύρα κουτιά» δημιουργεί σοβαρά εμπόδια στην κατανόηση της συλλογιστικής τους, στην ανθρώπινη εποπτεία και στην απόδοση ευθύνης. Το πρόβλημα αυτό έχει αναδείξει την Ερμηνεύσιμη Τεχνητή Νοημοσύνη (eXplainable AI - XAI) ως ένα ταχέως αναπτυσσόμενο ερευνητικό πεδίο, με στόχο την ανάπτυξη μεθόδων που καθιστούν τις αποφάσεις των μοντέλων κατανοητές και επαληθεύσιμες από τον άνθρωπο. Παρά τη σημαντική πρόοδο στον τομέα της XAI, οι υφιστάμενες προσεγγίσεις, ιδίως οι οι «εκ των υστέρων» (post-hoc) τεχνικές, συχνά αντιμετωπίζουν προβλήματα πιστότητας, ασυνέπειας και ευαλωτότητας σε χειραγώγηση, υπονομεύοντας έτσι την αξιοπιστία των παραγόμενων εξηγήσεων. Σε ένα πιο θεμελιώδες επίπεδο, τόσο τα εγγενώς ερμηνεύσιμα όσο και τα black-box μοντέλα ΤΝ βασίζονται στη μάθηση από στατιστικές συσχετίσεις. Αυτό τα καθιστά επιρρεπή σε ψευδείς ή παραπλανητικές συσχετίσεις, οι οποίες μπορεί να οδηγήσουν σε μειωμένη ανθεκτικότητα και χαμηλή γενικευσιμότητα. Παράλληλα, η αδυναμία ενσωμάτωσης της γνώσης ειδικών περιορίζει την αποτελεσματικότητά τους σε περιβάλλοντα με περιορισμένα δεδομένα ή ταχέως μεταβαλλόμενα, όπου η επίκαιρη ανθρώπινη γνώση είναι ζωτικής σημασίας αλλά δεν έχει ακόμη αποτυπωθεί στα διαθέσιμα σύνολα δεδομένων. Ανταποκρινόμενη στους παραπάνω περιορισμούς, η παρούσα διατριβή εξετάζει τη χρήση των Ασαφών Γνωστικών Δικτύων (Fuzzy Cognitive Maps – FCMs) για την ανάπτυξη ανθεκτικών, ερμηνεύσιμων και αιτιακά θεμελιωμένων μοντέλων ΤΝ. Τα FCMs μοιάζουν με αναδρομικά, βασισμένα σε γνώση νευρωνικά δίκτυα και αναπαρίστανται ως κατευθυνόμενοι αιτιώδεις γράφοι. Έχουν αποδείξει υψηλή αποτελεσματικότητα στη μοντελοποίηση και προσομοίωση πολύπλοκων δυναμικών συστημάτων, ενώ βρίσκουν ευρεία εφαρμογή σε εφαρμογές πρόβλεψης, όπως η αναγνώριση προτύπων, η πολυπαραγοντική παλινδρόμηση και η πρόβλεψη χρονοσειρών. Η ικανότητά τους να συνδυάζουν γνώση ειδικών με δεδομένα, παρέχοντας ταυτόχρονα διαφανή και δυναμική συλλογιστική, τα καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλα για τους στόχους XAI. Παρ’ όλα αυτά, τα παραδοσιακά FCMs εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν σημαντικές προκλήσεις, όπως η διάκριση της αιτιότητας από απλές συσχετίσεις στα δεδομένα, η υπολογιστική πολυπλοκότητα στην ανάλυση και ερμηνεία μοντέλων μεγάλης κλίμακας, καθώς και η έλλειψη μεθόδων για την παροχή πρακτικά εφαρμόσιμων εξηγήσεων. Για την υπέρβαση αυτών των εμποδίων και στην ενίσχυση του ρόλου των FCMs στο πεδίο της XAI, η διατριβή παρουσιάζει τρεις καινοτόμες μεθοδολογίες, κάθε μία εκ των οποίων αναλύεται σε ξεχωριστό κεφάλαιο. Η πρώτη συνεισφορά εισάγει τα FCMs βασισμένα στη Ροή Πληροφορίας (Information Flow-based FCMs - IF-FCMs), τα οποία ενσωματώνουν την ανάλυση Ροής Πληροφορίας κατά Liang-Kleeman (L-K IF) στη διαδικασία εκπαίδευσης. Η προσέγγιση αυτή αξιοποιεί ένα αυστηρό μαθηματικό πλαίσιο για την εξαγωγή των αυθεντικών αιτιωδών σχέσεων από δεδομένα χρονοσειρών. Επομένως, σε αντίθεση με τις παραδοσιακές προσεγγίσεις κατασκευής FCMs μέσω δεδομένων, οι οποίες επιτρέπουν στα μοντέλα να μάθουν ανεξέλεγκτες συσχετίσεις, τα IF-FCMs θέτουν τις προκύπτουσες αιτιώδεις σχέσεις ως δομικούς περιορισμούς, αποτρέποντας τη μάθηση ψευδών συσχετίσεων, και οδηγώντας εν τέλει σε πιο ακριβή και ερμηνεύσιμα μοντέλα. Η εμπειρική αξιολόγηση, τόσο σε συνθετικά όσο και πραγματικά βιομηχανικά δεδομένα, επιβεβαιώνει την υπεροχή των IF-FCMs έναντι των κλασικών FCMs και προηγμένων επεκτασεών τους. Η δεύτερη συνεισφορά αφορά την ερμηνεία FCMs μεγάλης κλίμακας, όπου η εκθετική αύξηση των αιτιακών διαδρομών καθιστά τις κλασικές τεχνικές, όπως η ανάλυση αιτιώδους επίδρασης, ανεφάρμοστες. Προς αυτή την κατεύθυνση, η διατριβή προτείνει τον αλγόριθμο TCEC-FCM (Total Causal Effect Calculation for FCMs), ο οποίος υπολογίζει αποδοτικά τη συνολική αιτιακή επίδραση ενός κόμβου σε έναν άλλο, λαμβάνοντας υπόψη το σύνολο των πιθανών διαδρομών μεταξύ τους. Χάρη στη χρήση τεχνικών δυαδικής αναζήτησης και διάσχισης γράφων, η μεθοδολογία μειώνει δραστικά την υπολογιστική πολυπλοκότητα και καθιστά δυνατή την καθολική ερμηνευσιμότητα ακόμη και σε FCMs υψηλής διαστασιμότητας. Προσομοιώσεις σε συνθετικά δίκτυα διαφόρων μεγεθών και πυκνοτήτων επιβεβαιώνουν την αποτελεσματικότητα και αξιοπιστία του προτεινόμενου αλγορίθμου. Η τρίτη συνεισφορά παρουσιάζει τη μέθοδο CF-BP (Counterfactuals via BackPropagation), η οποία παρέχει εξηγήσεις μέσω αντιπαραδειγμάτων για τα quasi-nonlinear FCMs (q-FCMs), μια πρόσφατη επέκταση των παραδοσιακών FCMs που σχεδιάστηκε για να επιλύσει χρόνια προβλήματα σύγκλισης. Αυτού του είδους οι εξηγήσεις διευκολύνουν την κατανόηση των μοντέλων, υποδεικνύοντας τις ελάχιστες απαραίτητες αλλαγές στις εισόδους για την επίτευξη ενός εναλλακτικού, επιθυμητού αποτελέσματος. Ο CF-BP διατυπώνει την παραγωγή αντιπαραδειγμάτων ως ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης και, αξιοποιώντας την ομοιότητα μεταξύ της αναδρομικής διαδικασίας συλλογισμού των q-FCMs και της της διαδικασίας εμπρόσθιας διάδοσης (forward pass) των Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων (Artificial Neural Networks - ANNs), εφαρμόζει την τεχνική οπισθοδιάδοσης (backpropagation) για τον αποδοτικό υπολογισμό των απαιτούμενων τροποποιήσεων στις εισόδους. Μέσα από εκτενή εμπειρική μελέτη με συνθετικά q-FCMs αποδεικνύεται η υπεροχή του CF-BP έναντι άλλων αγνωστικών μεθόδων ως προς την εγκυρότητα, την εγγύτητα, την αραιότητα, τη σταθερότητα και την υπολογιστική αποδοτικότητα των παραγόμενων εξηγήσεων. Πέρα από τη θεωρητική τους αξία, οι προτεινόμενες μεθοδολογίες δοκιμάστηκαν εκτενώς σε ποικίλους τομείς υψηλού αντίκτυπου, αποδεικνύοντας την πρακτική τους αποτελεσματικότητα. Στη βιομηχανία, εφαρμόστηκαν για προβλεπτική συντήρηση, ανίχνευση βλαβών σε βιομηχανικά και ρομποτικά συστήματα, καθώς και για διάγνωση υπερφορτώσεων σε ηλεκτρικά δίκτυα, επιτυγχάνοντας σημαντική βελτίωση στην ακρίβεια διάγνωσης και την ερμηνευσιμότητα. Στην περιβαλλοντική επιστήμη, αξιοποιήθηκαν για τη βιώσιμη διαχείριση λεκανών απορροής ποταμών της Μεσογείου μέσω συμμετοχικής μοντελοποίησης και προσομοιώσεων σε διαφορετικά σενάρια, αναδεικνύοντας την αυξανόμενη πίεση στους υδάτινους πόρους εξαιτίας της εντεινόμενης ζήτησης και υπογραμμίζοντας τη σημασία των κοινωνικοοικονομικών παραμέτρων. Τέλος, στην ιατρική, η έρευνά μας ανέδειξε την δυναμική των μεθόδων Αιτιώδους Ερμηνεύσιμης Τεχνητής Νοημοσύνης (Causal eXplainable AI – CXAI) στην ενίσχυση της διαφάνειας, της ανθεκτικότητας και της εμπιστοσύνης στα συστήματα υποστήριξης κλινικών αποφάσεων για τη διάγνωση καρκίνου. Συνολικά, οι συνεισφορές αυτές προωθούν την εξέλιξη τόσο των μεθοδολογιών XAI όσο και των FCMs, παρέχοντας εργαλεία που καθιστούν τα μοντέλα ΤΝ πιο διαφανή, αιτιωδώς θεμελιωμένα και αξιόπιστα, ιδιότητες κρίσιμες για την ασφαλή εφαρμογή τους σε κρίσιμους τομείς
Μελέτη των μηχανισμών κυτταρικής προσκόλλησης στην αγγειογένεση και στον καρκίνο
No full textThe vertebrate vascular system is vital for tissue and organ maintenance. Blood vessels are lined with endothelial cells (ECs) and surrounded by a complex network of extracellular matrix (ECM) and perivascular cells. Endothelial cell adhesion to the ECM plays central role in the formation and function of blood vessels. In pathological conditions such as cancer, blood vessels exhibit various changes in their number or function. Cell-ECM adhesions are critical regulators of several cellular processes including migration, invasion, proliferation and differentiation. The physical attachment of ECs to the ECM is achieved by multiprotein dynamic complexes that directly link ECM integrin receptors to the actin cytoskeleton of the cells, known as the integrin adhesome network (Horton et al. 2015). The ternary complex IPP- composed of ILK, PINCH and Parvin and Talin, are established as major components of this network.Previous studies have shown that complete deletion of ilk, pinch1, parvin, or TLN1 in vivo leads to early embryonic lethality. Regarding their role in the endothelium, in vivo deletion of ilk from ECs caused vascular abnormalities that resulted in embryonic death, indicating a vital role in developmental angiogenesis (Friedrich et al. 2004). The role of PINCH in the vascular endothelium has not been studied yet. As for parvin, total deletion of α-parvin from the ECs leads to embryonic lethality at a late time point, while postnatally, endothelial α-parvin loss results in severe vascular deformities (Fraccaroli et al. 2015a). Likewise, endothelial deletion of talin in vivo, during vascular development, leads to severe vascular defects and early embryonic lethality (Monkley et al. 2011), shaping an indispensable role for talin in embryonic angiogenesis. In this study, we focused our interest on elucidating the roles of ILK’s partner, PINCH and Talin in developmental angiogenesis and further examining the functional importance of ILK and PINCH in pathological angiogenesis, during tumour formation. To accomplish our goals, we utilize two different genetic mouse models, one with an endothelial-specific cre for constitutive deletion and another one with an inducible cre, which allows us to delete talin, ilk, or pinch specifically from ECs in a time-dependent manner, using tamoxifen treatment. Regarding the role of talin in developmental angiogenesis, we utilize a well-established model for de novo angiogenesis, the retina vasculature. Loss of endothelial talin resulted in severe defects at the angiogenic front and reduced vessel branching, compromising the formation and stability in all retinal layers. Regarding PINCH, we investigated the role of both PINCH isoforms, PINCH1 and PINCH2, in developmental and pathological angiogenesis. Specifically, endothelial-specific deletion of PINCH1 during embryogenesis disrupted the vascular network and caused embryonic lethality, indicating its critical role in vascular development. PINCH2 endothelial defective mice were born and did not exhibit any developmental defects. To assess the role of PINCH in pathological angiogenesis, we conducted tumour xenograft experiments. Endothelial-specific deletion of PINCH1 in postnatal mice using the inducible cre mouse model did not affect tumour blood vessel density or structure, but it suppressed tumour growth. In contrast, endothelial-specific deletion of PINCH2 had no impact on tumour angiogenesis or growth. Further experiments are needed to elucidate the functional significance of PINCH in tumour endothelium.Endothelial-specific deletion of ILK significantly suppressed tumour growth and neovascularization in vivo. Detailed structural analysis of EC-ILK ablated tumours revealed dysfunctional vessels that expressed reduced leakage and abnormal ECM deposition. Various ex vivo and in vitro cellular assays and live imaging experiments demonstrated an important role of ILK in regulating EC function. We show that endothelial ILK is essential for cell adhesion stability, cell adhesion site remodelling and maintenance, and integrin-actin linkage reinforcement. Moreover, our in vitro findings revealed a critical role for ILK in EC axial polarity, indicating multiple ways by which ILK affect blood vessel formation and stability.Το αγγειακό σύστημα αποτελεί ένα ζωτικής σημασίας σύστημα για κάθε ζωντανό οργανισμό. Τα αιμοφόρα αγγεία αποτελούνται από ενδοθηλιακά κύτταρα, τα οποία έρχονται σε άμεση επαφή με τη ροή του αίματος και είναι υπεύθυνα για τη διατήρηση της ορθής κυκλοφορίας σε όλα τα όργανα και τους ιστούς κάθε ζωντανού οργανισμού. Ο ρόλος τους αυτός συμπεριλαμβάνει τη συνεχόμενη έκθεσή τους σε μηχανικά ερεθίσματα που προέρχονται από τις επαφές τους με την εξωκυττάρια ύλη που τα περιβάλει, καθώς και από την κυκλοφορία του αίματος. Η αλληλεπίδραση των ενδοθηλιακών κυττάρων με την περιβάλλουσα εξωκυττάρια ύλη είναι καίριας σημασίας για την ορθή λειτουργία των αιμοφόρων αγγείων τόσο σε φυσιολογικές συνθήκες, όσο και σε παθολογικές καταστάσεις όπως ο καρκίνος. Η φυσική προσκόλληση του κυτταροσκελετού των ενδοθηλιακών κυττάρων με την εξωκυττάρια ύλη, επιτυγχάνεται μέσω πολύ-πρωτεϊνικών συμπλόκων που συγκροτούνται στην μεμβράνη των ενδοθηλιακών κυττάρων, γύρω από κεντρικούς διαμεμβρανικούς υποδοχείς που ονομάζονται ιντεγκρίνες. Τα πολύ-πρωτεϊνικά αυτά δίκτυα, αναφερόμενα και ως συνδεόσωμα, αποτελούνται από πληθώρα πρωτεϊνών που ανήκουν σε διάφορες κατηγορίες όπως σηματοδοτικά μόρια, πρωτεΐνες προσαρμοστές, δομικές πρωτεΐνες καθώς και πρωτεΐνες που συνδέονται στον κυτταροσκελετό της ακτίνης. Μέσω όλων αυτών των πρωτεϊνών, που ονομάζονται πρωτεΐνες κυτταρικής προσκόλλησης, τα ενδοθηλιακά κύτταρα ρυθμίζουν όλες τις ζωτικής σημασίας διεργασίες που επιτελούν όπως τη μετανάστευση, τη διαφοροποίηση, τον πολλαπλασιασμό και το κυτταρικό θάνατο. Στην ομάδα αυτών των πρωτεϊνών ανήκουν η Ταλίνη καθώς και το τριαδικό σύμπλοκο IPP (ILK-PINCH-Parvin), οι ρόλοι των οποίων θα μελετηθούν στη συγκεκριμένη διατριβή. Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει τη σημαντικότητα των ilk, pinch1, parvin and TLN1 γονιδίων in vivo ήδη από τα στάδια της εμβρυογένεσης, καθώς ολική απαλοιφή τους από το γονιδίωμα οδηγεί σε εμβρυικό θάνατο. Συγκεκριμένα στα ενδοθηλιακά κύτταρα, in vivo απαλοιφή της ILK έχει ως αποτέλεσμα τον θάνατο στην εμβρυική ηλικία ύστερα από σοβαρές δυσμορφίες των αιμοφόρων αγγείων. Αντίστοιχα, ενδοθηλιακή απαλοιφή του γονιδίου της α-parvin κατά την εμβρυική ζωή αλλά και μεταγεννητικά οδηγεί σε θάνατο λόγω αλλοιώσεων και δυσμορφιών των αιμοφόρων αγγείων. Παρόμοια με την ILK και την α-parvin, ενδοθηλιακή διαγραφή του γονιδίου της ταλίνης, οδηγεί σε πρόωρο εμβρυικό θάνατο σε πολύ πρώιμο στάδιο της εμβρυογένεσης εξαιτίας της δημιουργίας εκτεταμένων δυσμορφιών στα αγγεία. Η συμβολή της PINCH στο ενδοθήλιο παραμένει αδιερεύνητη. Στη συγκεκριμένη μελέτη επικεντρωθήκαμε στη διερεύνηση του ρόλου της PINCH στην εμβρυική αγγειογένεση καθώς και του ρόλου της ταλίνης στον σχηματισμό των αγγείων de novo μεταγεννητικά. Επιπλέον, μελετήθηκε ο ρόλος της ILK και της PINCH στην παθολογική αγγειογένεση κατά τη δημιουργία των αγγείων σε όγκους απουσία των πρωτεϊνών αυτών από τα ενδοθηλιακά κύτταρα. Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων, χρησιμοποιήθηκαν γενετικά τροποποιημένα μοντέλα ποντικιών για την ιστοειδική απαλοιφή των ανωτέρω γονιδίων από τα ενδοθηλιακά κύτταρα, είτε συνεχόμενα, είτε χρονοειδικά, χρησιμοποιώντας ταμοξιφαίνη. Τα αποτελέσματα που αφορούν τη μελέτη της αγγειογένεσης κατά την ανάπτυξη, έδειξαν ότι η ενδοθηλιακή απαλοιφή της PINCH1 κατά την εμβρυογένεση οδηγεί σε πρόωρο εμβρυικό θάνατο λόγω εκτεταμένων αλλοιώσεων του αγγειακού δικτύου. Αντίθετα, τα έμβρυα ποντικών που φέρουν ενδοθηλιακή απαλοιφή της PINCH2 γεννιούνται κανονικά χωρίς να παρουσιάζουν αναπτυξιακές ανωμαλίες. Όσον αναφορά στην ταλίνη, μελετήσαμε την ανάπτυξη των αγγείων στον αμφιβληστροειδή χιτώνα του ματιού, ύστερα από διαγραφή της ταλίνης χρονοειδικά, για την ανάλυση συγκεκριμένων αγγειογενετικών σταδίων. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν σοβαρές δυσμορφίες των αιμοφόρων αγγείων στις περιοχές της αγγειογεννετικής εκβλάστησης με τη δημιουργία συσσωματωμάτων ενδοθηλιακών κυττάρων, καθώς και μειωμένων αγγειακών διακλαδώσεων. Επιπρόσθετες δυσλειτουργίες των αγγείων παρουσιάστηκαν σε μετέπειτα αναπτυξιακά στάδια όπου παρατηρήθηκε παρεμπόδιση της μετανάστευσης και εισχώρησης των αγγείων για το σχηματισμό των επιπρόσθετων τμημάτων του αμφιβληστροειδούς. Τέλος, η ενδοθηλιακή απαλοιφή της ταλίνης προκάλεσε ανεπαρκή αναδιαμόρφωση των αγγείων στα τελικά στάδια σχηματισμού του αμφιβληστροειδούς πριν επέλθει η αγγειακή ομοιόσταση. Για τη μελέτη των πρωτεϊνών ILK και PINCH1/2 στην παθολογική αγγειογένεση, χρησιμοποιήθηκαν μοντέλα ξενομοσχευμάτων καρκινικών κυττάρων σε ποντίκια, ύστερα από απαλοιφή των εκάστοτε πρωτεϊνών. Τα πειράματα αυτά έδειξαν ότι η ιστοειδική απαλοιφή της ILK προκαλεί μείωση του μεγέθους των όγκων καθώς και του αριθμού των αγγείων σ’ αυτούς. Αναλυτική μελέτη της μορφολογίας του καρκινικού αγγειακού δικτύου κατέδειξε μη φυσιολογικό σχηματισμό των αγγείων στους όγκους με ενδοθηλιακή απαλοιφή της ILK καθώς και δυσχέρεια στη ροή των αγγείων αυτών. Επιπρόσθετα, παρατηρήθηκε μειωμένη διαρροή των αγγείων αυτών αλλά και μη φυσιολογικός προσανατολισμός και σύσταση της εξωκυττάριας ύλης. Σχετικά με το ρόλο των πρωτεϊνών PINCH1 και PINCH2, αντίστοιχα πειράματα έδειξαν μείωση των σχηματιζόμενων όγκων ύστερα από ενδοθηλιακή απαλοιφή της PINCH1 χωρίς μείωση του αριθμού των αγγείων, ενώ ενδοθηλιακή απαλοιφή της PINCH2 δεν έδειξε αλλαγές στο μέγεθος ούτε και στον αριθμό των αγγείων. Ύστερα από ανάλυση της μορφολογίας των αγγείων αυτών, δεν παρατηρήθηκαν ιδιαίτερες διαφορές που να οφείλονται στην έλλειψη της PINCH1 ή της PINCH2 από τα ενδοθηλιακά κύτταρα. Συνοψίζοντας, ενδοθηλιακή απαλοιφή της ILK οδηγεί σε σημαντική μείωση του μεγέθους των νεοσχηματιζόμενων όγκων καθώς και των αγγείων αυτών. Μορφολογική ανάλυση των αγγείων αυτών έδειξε μη λειτουργικά αγγεία με μειωμένη διαπερατότητα και μη ομοιόμορφη εναπόθεση της εξωκυττάριας ύλης σ’αυτά. Ποικιλία ex-vivo και in-vitro κυτταρικών δοκιμασιών και τεχνικές απεικόνισης ζωντανών ενδοθηλιακών κυττάρων έδειξαν την ιδιαίτερη σημασία της πρωτεΐνης ILK στη ρύθμιση της κυτταρικής λειτουργίας. Δείξαμε ότι η ILK είναι απαραίτητη για την διατήρηση και την αναδιαμόρφωση των θέσεων κυτταρικής προσκόλλησης, καθώς και για την ενίσχυση της πρόσδεσης των ιντεγκρινών στον κυτταροσκελετό της ακτίνης. Τέλος, επιπρόσθετες in vitro μελέτες μας έδειξαν την ενεργή συμμετοχή της ILK στην σταθεροποίηση του δικτύου των μικροσωληνίσκων στην περιφέρεια των ενδοθηλιακών κυττάρων καθώς και στην διατήρηση της πολικότητας των ενδοθηλιακών κυττάρων αναδεικνύοντας πολλαπλούς τρόπους, μέσω των οποίων η ILK επηρεάζει το σχηματισμό καθώς και τη σταθερότητα των αιμοφόρων αγγείων
A novel mechanosensing mechanism promotes actin patch formation and prevents chromatin bridge breakage in cytokinesis
No full textIn the presence of chromatin bridges in cytokinesis, human cells retain actin-rich structures, called “actin patches”, at the base of the intercellular canal to prevent chromosome breakage. In this study, we showed that the small GTPase RhoA and its downstream effectors ROCK, LIMK, Cofilin and mDia1, which are implicated in actin remodeling, localize to actin patches. Inhibition of RhoA, ROCK, LIMK or mDia1 using siRNAs or small molecule inhibitors impairs formation of actin patches and correlates with chromatin bridge breakage in cytokinesis compared with controls. In contrast, expression of constitutively active ROCK or phosphomimetic LIMK in RhoA-deficient cells, rescues actin patches and prevents chromatin bridge breakage. Simultaneous inhibition of mDia1 and ROCK or mDia1 and LIMK increases the frequency of broken chromatin bridges compared with single-deficient cells. Also, the RhoA-activator PDZ RhoGEF localizes at actin patches in control cells. Inhibition of PDZ diminishes RhoA localization at the base of the intercellular canal, impairs actin patch formation and promotes chromatin bridge breakage. However, expression of constitutively active RhoA in PDZ-deficient cells, rescues actin patches and prevents chromatin bridge breakage. We also showed that daughter nuclei in control cells with intact bridges are under mechanical (“nuclear”) tension, as judged by changes to nuclear shape and nuclear membrane morphology, and that the SUN1/2 – Nesprin 2 LINC complex accumulates near the base of chromatin bridges. Depletion of SUN1/2 or Nesprin 2, but not RhoA, diminishes nuclear deformation, prevents accumulation of LINC proteins at the base of chromatin bridges and promotes the generation of tensionless “loose” chromatin bridges. Furthermore, inhibition of LINC complex prevents actin patch formation and promotes chromatin bridge breakage, indicating a previously unidentified link between nuclear tension, the LINC complex and actin patch formation. Using mutant Nesprin 2 proteins in siRNA depletion-replacement experiments, we showed that interaction of Nesprin 2 with the actin cytoskeleton and nuclear lamina promotes nuclear tension and accumulation of LINC proteins at the base of chromatin bridges. Furthermore, we showed that the cytoplasmic Nesprin 2 spectrin repeats (SRs) are required for actin patch formation and that SRs bind to PDZ RhoGEF in cell extracts and in vitro. Targeting RhoA at the base of chromatin bridges, by expressing mutant Nesprin 2 proteins fused to SRs or to the DHPH domain of PDZ RhoGEF that interacts with RhoA, rescues actin patches and prevents chromatin bridge breakage in Nesprin 2–deficient cells. Also, mislocalization of Nesprin 2 into nuclear granules by overexpression of Lamin A prevents actin patch formation and correlates with formation of actin foci that colocalize with Nesprin 2. On the basis of the above findings, we propose that, in cytokinesis with chromatin bridges, the LINC complex is required for generation of nuclear tension. This tension promotes SUN1/2 and Nesprin 2 accumulation at the base of chromatin bridges and local enrichment of PDZ RhoGEF, through PDZ binding to the cytoplasmic Nesprin 2 spectrin repeats. In turn, PDZ RhoGEF activates RhoA and downstream RhoA - ROCK – LIMK – Cofilin and RhoA - mDia1 signaling to promote actin patch formation and prevent chromatin bridge breakage in cytokinesis. These results identify a novel mechanosensitive mechanism by which cells with chromatin bridges convert mechanical signal to biochemical signaling, through tension-induced activation of a LINC – PDZ – RhoA molecular pathway, to promote actin patch formation and maintain genome integrity.Παρουσία γεφυρών χρωματίνης στην κυτταροκίνηση, τα κύτταρα του ανθρώπου σχηματίζουν δομές πολυμερισμένης ακτίνης, που ονομάζονται «συσσωματώματα ακτίνης», στη βάση του κυτταροπλασματικού καναλιού, για να εμποδίσουν το σπάσιμο των χρωμοσωμάτων. Στην παρούσα μελέτη δείξαμε ότι η μικρή GTPάση RhoA και οι καθοδικές της πρωτεΐνες ROCK, LIMK, Cofilin και mDia1, οι οποίες εμπλέκονται στην αναδιαμόρφωση του κυτταροσκελετού ακτίνης, εντοπίζονται στα συσσωματώματα ακτίνης. Μείωση ή αναστολή των RhoA, ROCK, LIMK και mDia1 με siRNA ή χημικούς αναστολείς εμποδίζει τον σχηματισμό συσσωματωμάτων ακτίνης και προκαλεί σπάσιμο των γεφυρών χρωματίνης στην κυτταροκίνηση, σε σύγκριση με αγρίου τύπου κύτταρα. Αντίθετα, έκφραση της συνεχώς ενεργοποιημένης ROCK ή φωσφομιμητικής LIMK, σε κύτταρα με μειωμένη RhoA, επαναφέρει τα συσσωματώματα ακτίνης κι εμποδίζει τη θραύση των γεφυρών χρωματίνης. Ταυτόχρονη αναστολή των mDia1 και ROCK ή mDia1 και LIMK αυξάνει τις σπασμένες γέφυρες χρωματίνης, σε σύγκριση με κύτταρα που επωάστηκαν με αναστολέα μόνο για την μία πρωτεΐνη. Επίσης, η PDZ RhoGEF, πρωτεΐνη που ενεργοποιεί την RhoA, εντοπίζεται στα συσσωματώματα ακτίνης σε κύτταρα ελέγχου. Αναστολή της PDZ ελαττώνει τον εντοπισμό της RhoA στη βάση του κυτταροπλασματικού καναλιού, μειώνει την ένταση φθορισμού των συσσωματωμάτων ακτίνης κι επάγει το σπάσιμο των γεφυρών χρωματίνης. Αντίθετα, έκφραση της συνεχώς ενεργοποιημένης RhoΑ επαναφέρει τα συσσωματώματα ακτίνης και προστατεύει τις γέφυρες χρωματίνης από σπάσιμο, σε κύτταρα με μειωμένη PDZ. Δείξαμε επίσης ότι οι θυγατρικοί πυρήνες κυττάρων με άθικτες γέφυρες χρωματίνης βρίσκονται υπό μηχανική («πυρηνική») τάση, όπως φαίνεται από αλλαγές στο σχήμα του πυρήνα και στη μορφολογία της πυρηνικής μεμβράνης, κι ότι οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες SUN1/2 και Nesprin 2 του συμπλόκου LINC συσσωρεύονται προς τη βάση των γεφυρών χρωματίνης. Μείωση των SUN1/2 ή της Nesprin 2, αλλά όχι της RhoA, ελαττώνει την παραμόρφωση του πυρήνα, εμποδίζει τη συσσώρευση των πρωτεϊνών του συμπλόκου LINC στη βάση των γεφυρών κι επάγει τη δημιουργία «χαλαρών» γεφυρών χρωματίνης χωρίς τάση. Επιπλέον, αναστολή του συμπλόκου LINC εμποδίζει τον σχηματισμό συσσωματωμάτων ακτίνης κι επάγει το σπάσιμο των γεφυρών χρωματίνης, υποδεικνύοντας μία έως τώρα άγνωστη σύνδεση μεταξύ της πυρηνικής τάσης, του συμπλόκου LINC και των συσσωματωμάτων ακτίνης. Χρησιμοποιώντας μεταλλαγμένες μορφές της Nesprin 2 σε πειράματα μείωσης της ενδογενούς πρωτεΐνης – αντικατάστασης, δείξαμε ότι η αλληλεπίδραση της Nesrpin 2 με τον κυτταροσκελετό ακτίνης και το πυρηνικό έλασμα είναι απαραίτητη για τη δημιουργία πυρηνικής τάσης και τη συσσώρευση πρωτεϊνών του συμπλόκου LINC στη βάση της γέφυρας χρωματίνης. Επιπλέον, δείξαμε ότι οι επαναλήψεις spectrin (SRs), οι οποίες βρίσκονται στο κυτταροπλασματικό τμήμα της Nesprin 2, είναι απαραίτητες για τη δημιουργία συσσωματωμάτων ακτίνης κι αλληλεπιδρούν με την PDZ RhoGEF σε κυτταρικά εκχυλίσματα και in vitro. Στόχευση της RhoA στη βάση των γεφυρών χρωματίνης, μέσω έκφρασης μεταλλαγμένων πρωτεϊνών Nesprin 2 υβριδικών με τις SRs ή με τη λειτουργική επικράτεια DHPH της PDZ RhoGEF που αλληλεπιδρά με τη RhoA, επαναφέρει τα συσσωματώματα ακτίνης κι εμποδίζει τη θραύση των γεφυρών χρωματίνης, σε κύτταρα με μειωμένη Nesprin. Επίσης, λανθασμένος εντοπισμός της Nesprin 2 σε πυρηνικά κοκκία μετά από υπερέκφραση της Lamin A εμποδίζει τον σχηματισμό συσσωματωμάτων ακτίνης και συσχετίζεται με τη δημιουργία κοκκίων ακτίνης που συνεντοπίζονται με τη Nesprin 2. Με βάση τα παραπάνω αποτελέσματα προτείνουμε ότι, στην κυτταροκίνηση με γέφυρες χρωματίνης, το σύμπλοκο LINC είναι απαραίτητο για τη δημιουργία πυρηνικής τάσης. Η τάση αυτή προκαλεί συσσώρευση των πρωτεϊνών SUN1/2 και Nesprin 2 στη βάση των γεφυρών χρωματίνης και τοπικό εμπλουτισμό της PDZ RhoGEF μέσω πρόσδεσης της PDZ στις επαναλήψεις spectrin του κυτταροπλασματικού τμήματος της Nesprin 2. Έπειτα, η PDZ RhoGEF ενεργοποιεί την RhoA και τα σηματοδοτικά μονοπάτια ROCK – LIMK – Cofilin και mDia1 για να επάγει τον σχηματισμό συσσωματωμάτων ακτίνης και να εμποδίσει το σπάσιμο των γεφυρών χρωματίνης στην κυτταροκίνηση. Τα παραπάνω αποτελέσματα φανερώνουν ένα νέο μηχανοευαίσθητο μηχανισμό μέσω του οποίου τα κύτταρα με γέφυρες χρωματίνης μετατρέπουν το μηχανικό σήμα σε βιοχημική σηματοδότηση, μέσω του επαγόμενου από τάση LINC – PDZ – RhoA μοριακού μονοπατιού, για να επάγουν τον σχηματισμό συσσωματωμάτων ακτίνης και να διατηρήσουν την ακεραιότητα του γονιδιώματος