Modèles d'expression centrés sur les nœuds (NCEM) : Les réseaux grapho-neuraux révèlent la communication entre les cellules

01.11.2022 - Allemagne

Comment les cellules individuelles communiquent-elles dans un tissu ? Comment modéliser ces interactions, tout en conservant les informations du contexte spatial ? Des chercheurs autour de Fabian Theis du Helmholtz Munich Computational Health Center et de l'Université technique de Munich (TUM) ont généré une nouvelle méthode pour représenter la communication cellulaire, publiée dans Nature Biotechnology : les modèles d'expression centrés sur les nœuds (NCEM). Ces modèles sont basés sur des réseaux neuronaux graphiques et permettent de découvrir les effets de la composition de la niche du tissu cellulaire sur l'expression des gènes sans perte d'information spatiale.

Les cellules interagissent de différentes manières et sur de multiples échelles de longueur. L'interaction d'une cellule avec sa niche tissulaire peut être décrite par des événements de communication cellulaire. Pour comprendre ces événements, les chercheurs du monde entier créent des modèles, basés sur différentes stratégies. Ces connaissances sont cruciales pour comprendre et identifier les phénomènes émergents dans les microenvironnements tissulaires, tels que les changements génétiques dans une tumeur. Le problème : de nombreux modèles sont basés sur des cellules dissociées, ce qui signifie que les cellules sont séparées en cellules individuelles lors de l'analyse et ne sont plus intégrées dans leur environnement naturel. D'autres modèles se limitent à la signalisation récepteur-ligand, un certain type de communication entre les cellules. Ces modèles ignorent donc la proximité spatiale d'un groupe de cellules (une niche) dans leur environnement tissulaire naturel. Des chercheurs autour de Fabian Theis du Computational Health Center de Helmholtz Munich et de l'Université technique de Munich (TUM) ont maintenant développé une nouvelle méthode qui définit la complexité et améliore la compréhension de la communication cellulaire : les modèles d'expression centrés sur les nœuds (NCEM).

Un cadre flexible

La particularité du nouveau modèle généré : NCEM est une méthode de calcul basée sur les réseaux neuronaux graphiques, qui combine l'attribution de la variance transcriptomique et la modélisation de la communication cellulaire dans un modèle unique de niches tissulaires. Le modèle est donc capable de prédire le profil d'expression génétique d'une cellule en fonction de la présence des types de cellules environnantes. En outre, il estime l'effet de la composition d'une niche tissulaire sur l'expression génique de manière non biaisée à partir de données de profilage moléculaire spatial.

Dans leur modèle, les chercheurs ont développé un cadre flexible pour expliquer les variations de l'expression génique observables dans la transcriptomique spatiale, une technologie fournissant des informations sur l'expression génique à résolution spatiale. Les variations d'expression génique peuvent ensuite être associées à des processus moléculaires connus associés à des événements de communication cellulaire. Ils ont montré que les NCEM identifient de manière robuste les dépendances cellule-cellule à travers différentes technologies de transcriptomique spatiale et à des échelles de longueur qui sont caractéristiques des mécanismes de communication connus. Grâce à cette méthode, les premiers auteurs, David Fischer et Anna Schaar, ont ainsi pu récupérer les signatures des processus moléculaires connus pour être à la base de la communication cellulaire.

Une nouvelle façon d'identifier la communication cellulaire

Le cadre contraint les événements de communication aux cellules qui sont proches dans l'espace. Les dépendances identifiées ne se limitent pas à la communication ligand-récepteur, mais peuvent également expliquer, par exemple, des interactions physiques ou des échanges de métabolites.

NCEM est une méthode de calcul flexible qui peut être étendue à des ensembles de données plus complexes, comme par exemple les données transcriptomiques spatiales en 3D et les données à haut débit. Elle fournit donc un ensemble d'outils flexibles pour l'analyse de la communication cellule-cellule dans l'espace. Cette nouvelle méthodologie complète les efforts récents de caractérisation de l'expression des gènes dans les cellules individuelles dans les projets d'"atlas" de cellules individuelles en tenant compte dans ce cas particulier de la niche tissulaire.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.