Mitochondria‐nucleus crosstalk characterizes Alzheimer's disease across 1,5 million brain cells
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Emerging insight from stem cell research reinforces Alzheimer's disease (AD) to affect mitochondrial protein expression. Compelling new evidence points to mitochondrial reactive oxygen species (ROS) as potential driving player in Aβ toxicity, mediated through glial cells and ultimately impacting neuronal health. A comprehensive understanding of how oxidative phosphorylation variations relate to cell function remains largely unexplored, especially through a cell type lens. METHOD: Leveraging today's largest single-nucleus RNA sequencing dataset of AD, we unveil how cell-type-specific mitochondrial alterations reverberate in the nuclear transcriptome, in 424 AD patients and healthy controls from ROSMAP. By adopting a supervised latent factor modelling approach, we identified distinct gene modules capturing unique aspects of the mitochondrial crosstalk in 6 major brain cell types across 5,427 nuclear and 13 mitochondrial genes. RESULT: We found that nuclear-mitochondrial crosstalk varies distinctly with cell identity, reflecting metabolic demands and functional specialization. In neurons and oligodendrocytes, ATP synthase (complex V) takes a central role, whereas type 1 NADH dehydrogenase (complex I) is more prominent in astrocytes, microglia, and OPCs. Screening across >1 million gene expression profiles from ∼20,000 drug perturbations identified mitochondrial-nuclear signatures that resemble those activated by parthenolide and niclosamide-two chemical compounds previously associated with oxidative stress and cytotoxicity via ubiquitination-as most predictive of AD. Microglia and OPCs achieved the highest overall classification accuracy, with stronger predictive performance observed in males than in females. Mapping gene module expressions to the Allen Human Brain Atlas revealed shared whole-brain patterns highlighting the precuneus, which we implicated in ubiquitin-cascade-enriched modules. Clinical phenotyping revealed that males with higher AD risk, as indicated by their mitochondrial-nuclear scores on glial gene modules, exhibited a greater pathological burden, including higher amyloid load, Parkinson's-like symptoms, and neuroticism-related traits. Finally, by comparing our findings with 2.5 million CRISPRi-based perturbations, we identified neural signatures associated with female-biased transcription factors and fatty acid biosynthesis, while glial signatures were linked to DNA damage and oxidative stress. CONCLUSION: By integrating multiple layers of biological data from established reference atlases, our analysis of mitochondria-nuclear crosstalk revealed distinct transcriptional signatures associated with AD risk in glial and neural cells, with these associations exhibiting sex-biased patterns.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».