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Enregistrement W4409080244 · doi:10.1101/2025.03.31.646307

Translating Brain Anatomy and Disease from Mouse to Human in Latent Gene Expression Space

2025· preprint· en· W4409080244 sur OpenAlexaff
Chloé Jaroszynski, Mohammed Amer, Antoine Beauchamp, Jason P. Lerch, Stamatios N. Sotiropoulos, Rogier B. Mars

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2025
Typepreprint
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiquePluripotent Stem Cells Research
Établissements canadiensHospital for Sick Children
Organismes subventionnairesNational Institute for Health and Care Research
Mots-clésNeuroscienceDiseaseExpression (computer science)Human brainHuman diseaseGene expressionBrain anatomyBiologyGeneAnatomyPathologyMedicineGeneticsComputer scienceMagnetic resonance imaging

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Summary Background The mouse model is the most widely used animal model in neuroscience, yet translating findings to humans suffers from the lack of formal models comparing the mouse and the human brain. Here, we devised a novel framework using mouse and human gene expression to build a quantitative common space and apply it to models of neurodegenerative disease. Methods We trained a variational autoencoder on mouse spatial transcriptomics, and embedded mouse and human gene orthologs in the model’s latent space. We computed a latent cross-species similarity matrix for translation and compared translated maps to human ground truth evidence. Findings We established the validity of our model based on anatomical homology. Independent of species, brain areas with similar latent patterns clustered together, improving the homology of known anatomical pairs, and preserving principles of brain organisation. Importantly, brain alterations in mouse disease models predicted human patterns of brain changes in Alzheimer’s and Parkinson’s diseases. We further determined the best mouse model for the AD patients, based on how well the translations matched the patient data, across multiple models and timepoints. Interpretation Our work provides i) a quantitative bridge across evolutionary divergence between the human and the predominant preclinical species, ii) a predictive framework to help design and evaluate disease models. By highlighting which models are best suited across stages of disease, we effectively support the understanding of disease mechanisms, assist in the workflow of clinical trials, and ultimately accelerate the transformation of findings into improved human outcomes. Funding Supported by the Biotechnology and Biological Sciences Research Coundil (BBSRC) UK, the Medical Research Council (MRC) UK, the European Research Council, and the NIHR Oxford Health Biomedical Research Centre. Research in Context Evidence before this study Inferences on the human brain based on findings in the mouse are backed by broad neuroanatomical similarities between the two species. However, interventions that were successful in rodents rarely translate into successful outcomes to treat human diseases. One way to address this challenge is to quantify the boundaries of translational possibilities using cross-species common space approaches. Low-level embedding spaces have been used to quantitatively compare across species, but there is currently no framework for effective translation of disease maps between species, and no tool to establish the best animal model for a given patient population. Added value of this study This study is the first to quantitatively link mouse models of neurodegenerative disease with human patient data. After validating our novel VAE-based comparative framework on anatomical homology compared to existing methods, we determine which of three Alzheimer’s Disease (AD) mouse models, and at which timepoint, best models a human patient population with mild AD. In addition, we predicted human brain changes in human Parkinson’s Disease, based on maps from mouse models of this disease. Implications of all the available evidence This approach allows one to directly evaluate mouse models based on the quality of their translation to the human. At the level of preclinical model design, the translation from human to mouse of diverse disease phenotypes will highlight the relevant targets for intervention in the mouse. This will justify the relevance of specific animal models and time courses, and therefore streamline clinical trials. By additionally translating the effect of treatment or intervention longitudinally, we can optimize human treatment plans and life-long disease management. Combined with patient population stratification, this takes an important step towards personalised translational medicine.

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)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
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: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,010

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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 Opus0,013
Tête enseignante GPT0,258
Écart entre enseignants0,246 · 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
GenreEmpirique

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
Publié2025
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Résumé présentoui

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