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Enregistrement W4405046175 · doi:10.1182/blood-2024-210986

Isomarker: An Explainable Machine Learning Framework for Identification of Cell State Markers in Acute Myeloid Leukemia

2024· article· en· W4405046175 sur OpenAlexaff
David Chen, Suraj Bansal, Amanda Mitchell, Anne Tierens, Andy G.X. Zeng, John E. Dick

Notice bibliographique

RevueBlood · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueDigital Imaging for Blood Diseases
Établissements canadiensToronto General HospitalPrincess Margaret Cancer CentreUniversity Health Network
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésMyeloid leukemiaIdentification (biology)MyeloidComputational biologyLeukemiaMedicineComputer scienceImmunologyCancer researchBiology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Acute myeloid leukemia (AML) is a hematologic malignancy classically associated with an expansion of poorly differentiated myeloid cells. Single-cell RNA-sequencing (scRNA-seq) studies have advanced our understanding of differentiation arrest across the leukemia cell hierarchy and their relation to prognosis, relapse, and drug response. Leukemic cellular hierarchy composition, such as Primitive versus GMP or Primitive versus Mature axes of cell state abundance, can define response to chemotherapy or targeted therapy sensitivity respectively (Zeng et al. Nature Med 2022). However, it remains unclear how these transcriptional AML cell states intersect with existing biomarkers used for clinical characterization of AML, such as cell surface markers used by clinical flow cytometry. This study aims to nominate existing and new surface markers associated with transcriptionally-defined AML cell states across leukemia cell hierarchies. We developed a novel consensus marker identification approach, IsoMarker, to identify a minimal set of enriched (differential expression), specific (auROC), and predictive (SHAP) cell surface markers for each AML cell state. To validate the utility of this approach, we generated an integrated scRNA-seq atlas of 1,079,555 single cells spanning 316 AML patient samples and 21 datasets, identifying 13 consensus leukemia cell states. Using IsoMarker, we identified 56 positive and 33 negative cell surface markers which effectively discern between the 13 leukemia cell states. We validated these markers by confirming that the expression levels of each positive marker were positively correlated with transcriptionally-inferred cell state abundance from 1037 total patients across the TCGA, BEAT-AML, and Leucegene cohorts. Composition of different leukemic cell states is known to govern functional leukemic stem cell activity, leading to heterogeneity in response to therapy and overall survival of AML patients. To extend the diagnostic utility of our nominated cell-state markers to include prediction of clinical outcomes, we conducted an integrative analysis of the positive AML cell state markers in relation to leukemic stem cell activity, ex vivo drug response, and meta-analysis of overall survival. Among the candidate positive cell state markers, 10 markers were associated with functional leukemia stem cell engraftment in mice, 5 markers were associated with the GMP cell state that defines response to chemotherapy, and 4 markers were associated with overall survival outcomes. We conducted a literature review of the 56 candidate positive markers in the context of AML to determine if IsoMarker can resolve both well-known and novel markers of AML cell states. Out of the 59 positive markers identified by IsoMarker, 21 have been previously reported as diagnostic markers of AML cell states. There are 35 positive markers that have not been characterized in the literature review and may serve as candidate, context-specific biomarkers of AML cell states. In summary, this study aims to translate insights from single-cell transcriptomics into hematopathology practice by advancing identification of markers that discern leukemic cell states and predict clinical outcomes. Applied to the task of identifying markers of AML cell states, IsoMarker is able to both resolve well-known markers and nominate novel markers useful for characterization of AML in relation to prognosis, relapse, and drug response. soMarker is a powerful framework for marker identification of cell states in single cell studies that can be generalized to other types of cancer.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,004
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,006
Score d'incertitude au seuil0,013

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,004
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

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.

Tête enseignante Opus0,008
Tête enseignante GPT0,246
Écart entre enseignants0,238 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2024
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Résumé présentoui

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