AI‐inferred gene expression trajectories mirror neuropathology and clinical deterioration in neurodegeneration
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Background We lack robust minimally‐invasive molecular tests for early neurodegenerative detection, hindering the development of better treatment and therapies. Gene expression (GE) has been of crucial value for understanding neurodegenerative evolution, revealing disease‐specific differentiated genes/molecular‐pathways and networks. However, due to the large developing period of neurodegenerative disorders, we lack exhaustive longitudinal datasets covering the continuous molecular transitions underlying disease. Almost all our knowledge of the subjacent pathological mechanisms is based in data “snapshots” taken at a few disease stages. Method We collected in‐vivo GE samples from blood plasma of 744 subjects in the spectrum of late‐onset Alzheimer’s disease (LOAD) and from 1225 post‐mortem brains with LOAD or Huntington’s disease (HD), from ADNI, ROSMAP and HBTRC. The subjects have post‐mortem neuropathology evaluations (Braak, Cerad, Vonsattel staging) or amyloid/tau PET‐based quantifications. Next, we developed the GE contrastive Trajectory Inference (GE‐cTIF) algorithm, allowing the unsupervised machine‐learning identification of enriched GE temporal patterns in the diseased populations (e.g. LOAD) relative to a background population (healthy elderly). See Figure 1. Result Applied to the in‐vivo samples (Figure 2), the individual molecular pathological scores predicted tau positivity ( P <0.001, FEW‐corrected), amyloid positivity ( P <0.001, FEW), tau‐amyloid comorbidity ( P <0.001, FEW), clinical diagnosis ( P <0.001, FEW), memory performance ( P <0.001, FEW), executive function ( P <0.001, FEW) and future clinical conversion ( P <0.001). In the post‐mortem brains, the molecular scores were significantly predictive (P<0.001, FEW) of Braak, Cerad and Vonsattel stages. In addition, the proposed method allowed direct identification of genes and molecular pathways driving neurodegenerative progression. Notably, 85% and 90% of the highly predictive molecular pathways in the neurodegenerating brain (ROSMAP and HBTRC, respectively) were also among the most relevant pathways detected in the blood data (ADNI). Conclusion Results in three independent neurodegenerative datasets support the strong predictive power of GE‐cTI for predicting individual pathophysiology and cognitive decline. The obtained scores are direct measures of molecular integrity, calculated independently of phenotypic/clinical variables and able to be used as unbiased biomarkers in clinical applications. Our results have broad implications for uncovering dynamic mechanisms of molecular pathology, patient stratification in the clinic, and monitor response to personalized treatments.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».