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L'apprentissage automatique a basé l'analyse des réseaux d'interaction de mitochondries pour avancer le diagnostic de palladium

Dans une étude neuve aboutie par l'organisme de recherche de biologie de systèmes immunitaires du service de LIH de l'infection et de l'immunité, les chercheurs ont adopté une approche holistique d'apprentissage automatique pour élucider comment les interactions entre les mitochondries neuronales peuvent servir de puissant outil pour discerner des cellules nerveuses des patients de Parkinson de ceux qui appartiennent aux sujets sains, fournissant de ce fait des analyses neuves dans la pathogénie, le diagnostic et la demande de règlement de ce trouble neurodegenerative. Les résultats étaient aujourd'hui publié dans la biologie de systèmes illustre de tourillons d'associé de nature de ` de tourillon et application'.

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La maladie de Parkinson (PD) est la deuxième maladie neurodegenerative courante, avec des nombres patients étant prévus doubler mondial dans les 20 prochaines années. Le moléculaire et les mécanismes cellulaires détaillés étant à la base de sa pathogénie reste peu clair, bien que la preuve récente se soit dirigée vers le rôle du dysfonctionnement mitochondrial dans le début de la maladie. Mitochondries -- petites « sous-unités cellulaires impliquées dans le métabolisme de cellules et le rétablissement d'énergie -- agissez l'un sur l'autre continuellement et dynamiquement les uns avec les autres, en formant les réseaux perpétuellement changeants connus sous le nom de réseaux d'interaction de mitochondries (MINs).

Les chercheurs ont pour cette raison recherché à comprendre la corrélation entre les handicaps mitochondriaux observés en palladium et tous les changements topologiques de réseau spécifique des minutes, dans le but d'avancer le diagnostic précoce et la catégorie des patients de palladium.

Puisque l'analyse conventionnelle se concentrant sur différentes mitochondries n'a pas fourni des analyses satisfying dans la pathogénie de palladium, notre travail pilote est allé un pas en avant en vérifiant les réseaux d'interaction entre ces organelles. »

M. Feng He, chef de groupe du groupe de biologie de systèmes immunitaires du service de LIH de l'auteur d'infection et d'immunité et de correspondance de la publication

Accroissant leurs compétences intenses dans l'analyse réseau et apprentissage automatique, les scientifiques ont analysé un grand ensemble de données de 700 gigas des images mitochondriales en trois dimensions des neurones du côlon, rassemblées des patients de palladium et des contrôles sains, et les neurones dopaminergiques, dérivés des cellules souche. Ils ont constaté que des caractéristiques particulières de structure de réseau dans des minutes ont été modifiées dans des patients de palladium comparés aux contrôles. Par exemple, dans des patients de palladium, les mitochondries formées ont branché les sous-réseaux qui étaient généralement plus grands que dans les personnes en bonne santé. En conformité avec ce résultat, le rendement de la boîte de vitesses d'énergie et de l'information et la distribution parmi les différentes mitochondries en minutes patientes de palladium était sensiblement inférieure que dans les contrôles, la proposition que les « délais de boîte de vitesses » plus longs ont été associés au diamètre plus grand des composantes des minutes observées dans des sujets de palladium.

« Ces différentes configurations topologiques en quelques minutes peuvent signifier que de l'énergie et l'information sont probablement produites, partagées et avec compétence distribuées moins dans les mitochondries neuronales de à contrôles sains relatifs de patients de palladium, proposant leur lien aux dégâts mitochondriaux, des déficits et fragmentation typiques des troubles neurodegenerative », ajoute M. He.

D'ailleurs, l'équipe de recherche a trouvé ces différentes configurations MINIMUM à marquer hautement avec le palladium utilisé généralement cliniques scores de différents patients, c.-à-d. l'échelle d'évaluation unifiée de maladie de Parkinson (UPDRS). En effet, en appliquant une approche d'apprentissage automatique pour analyser ces caractéristiques MINIMUM, les chercheurs ont observé que l'utilisation d'une combinaison de ces seules caractéristiques de réseau leur a permise de distinguer exactement les patients de palladium et les contrôles sains.

Nos découvertes avancent le potentiel d'employer les caractéristiques mitochondriales particulières de réseau en tant que biomarqueurs nouveaux pour le diagnostic précoce et la catégorie des patients de palladium, qui pourraient aider à développer un index de santé neuf. Comme prochaine opération, nous explorerons comment nos résultats peuvent offrir des points de vue neufs de la compréhension des diverses autres maladies neurodegenerative caractérisées par dysregulation mitochondrial, tel que la maladie de Huntington et Alzheimer, effectuant à notre travail un cas vrai de la recherche de translation et transversale. »

Prof. Rejko Krüger, directeur de médicament de translation transversal à LIH et auteur de contribution de l'étude.

« Cette publication constitue également un pas en avant important dans l'application des techniques d'apprentissage automatique avancées pour se démêler les interactions complexes de réseau des organelles cellulaires pour la stratification de la maladie. En effet, l'analytique de caractéristiques et les technologies numériques novatrices sont un endroit prioritaire de faisceau pour notre service et pour LIH en général », conclut prof. Markus Ollert, directeur du service de l'auteur d'infection et d'immunité et de contribution du papier.

L'étude interdisciplinaire s'est fondée sur la coopération étroite entre les cliniciens, neurologistes, biologistes de réseau, grandes caractéristiques et les experts en matière d'apprentissage automatique de l'institut du luxembourgeois de la santé (LIH), le Luxembourg centrent pour la biologie de systèmes (LCSB) et l'hôpital central du Luxembourg (CHL), en particulier par l'intermédiaire de M. clinique Nico Diederich de neurologue, ainsi que sur la collaboration avec d'autres partenaires internationaux tels qu'Instituto de Fisica Interdisciplinar y Sistemas Complejos IFISC (Espagne).

Source:
Journal reference:

Zanin, M., et al. (2020) Mitochondria interaction networks show altered topological patterns in Parkinson’s disease. npj Systems Biology and Applications. doi.org/10.1038/s41540-020-00156-4.