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Enregistrement W4412163814 · doi:10.1158/1557-3265.aimachine-a010

Abstract A010: Benchmarking 3D against 2D deep learning-driven image-based profiling for predicting biological relationships amongst genes

2025· article· en· W4412163814 sur OpenAlexaboutno aff
Matt De Vries, Reed Naidoo, Vicky Bousgouni, Georgia Mitsi, Chris Bakal

Notice bibliographique

RevueClinical Cancer Research · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueGene expression and cancer classification
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésBenchmarkingProfiling (computer programming)Computational biologyDeep learningGeneBiologyArtificial intelligenceComputer scienceMedicineGeneticsBusiness

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Understanding how genes and proteins interact within the cell is essential for identifying drug targets and decoding signalling pathways. Recent advances, including foundation models such as OpenPhenom, Phenom-1 (Kraus et al., 2024) and Phenom-2 (Kenyon-Dean et al., 2024), have demonstrated the power of deep learning on 2D cell images to predict these biological relationships. However, such approaches remain limited by their inability to capture the full complexity of three-dimensional cell structure. Here, we benchmark a 3D morphology-based deep learning pipeline—Sentinal4DOne—against these state-of-the-art 2D imaging approaches, demonstrating a significant performance advantage in recovering known biochemical networks.Sentinal4DOne applies MorphoMIL, a multiple-instance learning framework recently published in Cell Systems (De Vries et al., 2025; PMID: 40112779), to a new 3D imaging dataset of over 35,000 melanoma cells subjected to RNA interference targeting genes from the Rho GTPase signalling axis, including RhoGEFs, RhoGAPs, and Rho-family GTPases. Using oblique plane light-sheet microscopy, single-cell shapes were quantified as point clouds and processed through a Dynamic FoldingNet encoder to extract geometric features. These were passed to the MorphoMIL model to generate compound-specific morphological embeddings. For each gene knockdown, we measured similarity to small-molecule phenotypes and calculated a profile which was the similarity to 8 different chemical compounds. These profiles were then used to predict interaction networks by ranking high-similarity gene pairs.To evaluate performance, we calculated recall scores against curated gold-standard databases including CORUM, Reactome, SIGNOR, and STRING, following the benchmarking strategy in Schubert et al., PLOS Comput Biol, 2023. Sentinal4DOne achieved consistently higher recall than all competing approaches. Compared to CellProfiler-derived features from the JUMP Cell Painting cp0016 dataset, our 3D morphological features achieved over 2× improvement in recall across all databases. Moreover, Sentinal4DOne outperformed Recursion’s OpenPhenom model, PerkinElmer’s Columbus platform, and our earlier 2D-based model, SentinalZero (Bousgouni et al., 2022; PMID: 36039362).These results highlight the power of 3D morphology as a biologically meaningful descriptor of perturbation. Not only do 3D shape-based models better capture heterogeneous cell states, they also enable more accurate inference of functional and physical gene relationships. By mapping protein networks from imaging data with higher precision, Sentinal4DOne represents a significant advance in phenotypic screening and target discovery pipelines. Citation Format: Matt De Vries, Reed Naidoo, Vicky Bousgouni, Georgia Mitsi, Chris Bakal. Benchmarking 3D against 2D deep learning-driven image-based profiling for predicting biological relationships amongst genes [abstract]. In: Proceedings of the AACR Special Conference in Cancer Research: Artificial Intelligence and Machine Learning; 2025 Jul 10-12; Montreal, QC, Canada. Philadelphia (PA): AACR; Clin Cancer Res 2025;31(13_Suppl):Abstract nr A010.

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)0,003
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: Méthodes · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,015
Score d'incertitude au seuil0,031

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,002
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,002

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 Opus0,187
Tête enseignante GPT0,471
Écart entre enseignants0,284 · 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
Publié2025
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