Περίληψη: Οι ερευνητές πρωτοστατούν στη χρήση της τεχνητής νοημοσύνης για να διερευνήσουν πώς το μικροβίωμα του εντέρου επηρεάζει τη νόσο του Αλτσχάιμερ. Η τελευταία τους μελέτη χρησιμοποιεί τεχνητή νοημοσύνη για να αναλύσει πώς οι μεταβολίτες που παράγονται από τα βακτήρια του εντέρου αλληλεπιδρούν με τους κυτταρικούς υποδοχείς, συμβάλλοντας δυνητικά στην ανάπτυξη του Αλτσχάιμερ.
Αυτή η έρευνα προσδιορίζει βασικά ζεύγη μεταβολίτη-υποδοχέα και δοκιμάζει τις επιδράσεις τους σε νευρώνες που επηρεάζονται από τη νόσο του Αλτσχάιμερ, καταδεικνύοντας προστατευτικές επιδράσεις συγκεκριμένων μεταβολιτών όπως η αγματίνη. Τα ευρήματα ανοίγουν νέους δρόμους για την κατανόηση και πιθανή θεραπεία του Αλτσχάιμερ και άλλων ασθενειών που επηρεάζονται από τις αλληλεπιδράσεις του μικροβιώματος του εντέρου.
Βασικά στοιχεία:
- Η μελέτη χρησιμοποίησε την τεχνητή νοημοσύνη για να αξιολογήσει πάνω από 1,09 εκατομμύρια πιθανές αλληλεπιδράσεις μεταξύ μεταβολιτών και κυτταρικών υποδοχέων, εντοπίζοντας αυτούς που είναι πιο πιθανό να επηρεάσουν τη νόσο του Αλτσχάιμερ.
- Τα βασικά ευρήματα περιλαμβάνουν την αναγνώριση της αγματίνης, ενός μεταβολίτη που αλληλεπιδρά με τον υποδοχέα CA3R και δείχνει πιθανές προστατευτικές επιδράσεις έναντι της φλεγμονής και της βλάβης του εγκεφάλου που σχετίζεται με το Αλτσχάιμερ.
- Αυτή η έρευνα υπογραμμίζει τις ευρύτερες επιπτώσεις των αλληλεπιδράσεων μεταβολίτη-υποδοχέα, υποδηλώνοντας ότι παίζουν ρόλο σε διάφορες ασθένειες και θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις.
Πηγή: Κλινική Κλίβελαντ
Οι ερευνητές της κλινικής του Κλίβελαντ χρησιμοποιούν τεχνητή νοημοσύνη για να αποκαλύψουν τη σχέση μεταξύ του μικροβιώματος του εντέρου και της νόσου του Αλτσχάιμερ.
Προηγούμενες μελέτες έδειξαν ότι οι ασθενείς με νόσο του Αλτσχάιμερ παρουσιάζουν αλλαγές στα βακτήρια του εντέρου τους καθώς αναπτύσσεται η ασθένεια.
Το πρόσφατα δημοσιευμένο Αναφορές κελιών Η μελέτη περιγράφει μια υπολογιστική μέθοδο για τον προσδιορισμό του τρόπου με τον οποίο τα βακτηριακά υποπροϊόντα που ονομάζονται μεταβολίτες αλληλεπιδρούν με τους υποδοχείς στα κύτταρα και συμβάλλουν στη νόσο του Αλτσχάιμερ.
Ο Feixiong Cheng, PhD, εναρκτήριος διευθυντής του Cleveland Clinic Genome Center εργάστηκε σε στενή συνεργασία με το Luo Ruvo Center for Brain Health και το Center for Microbiome and Human Health (CMHH).
Η μελέτη κατατάσσει τους μεταβολίτες και τους υποδοχείς με βάση την πιθανότητα αλληλεπίδρασης μεταξύ τους και την πιθανότητα το ζεύγος να επηρεάσει τη νόσο του Αλτσχάιμερ.
Τα δεδομένα παρέχουν έναν από τους πιο ολοκληρωμένους οδικούς χάρτες για τη μελέτη ασθενειών που σχετίζονται με μεταβολίτες μέχρι σήμερα.
Τα βακτήρια απελευθερώνουν μεταβολίτες στα συστήματά μας καθώς διασπούν την τροφή που τρώμε για ενέργεια. Στη συνέχεια, οι μεταβολίτες αλληλεπιδρούν και επηρεάζουν τα κύτταρα, τροφοδοτώντας κυτταρικές διεργασίες που μπορεί να είναι χρήσιμες ή επιβλαβείς για την υγεία.
Εκτός από τη νόσο του Αλτσχάιμερ, οι ερευνητές έχουν συνδέσει τους μεταβολίτες με τις καρδιακές παθήσεις, τη στειρότητα, τους καρκίνους και τις αυτοάνοσες διαταραχές και τις αλλεργίες.
Η πρόληψη των επιβλαβών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των μεταβολιτών και των κυττάρων μας θα μπορούσε να βοηθήσει στην καταπολέμηση των ασθενειών. Οι ερευνητές εργάζονται για την ανάπτυξη φαρμάκων για την ενεργοποίηση ή την παρεμπόδιση της σύνδεσης των μεταβολιτών με τους υποδοχείς στην κυτταρική επιφάνεια.
Η πρόοδος με αυτήν την προσέγγιση είναι αργή λόγω του τεράστιου όγκου πληροφοριών που απαιτούνται για την αναγνώριση ενός υποδοχέα στόχου.
«Οι μεταβολίτες του εντέρου είναι το κλειδί για πολλές φυσιολογικές διεργασίες στο σώμα μας, και για κάθε κλειδί υπάρχει μια κλειδαριά για την ανθρώπινη υγεία και ασθένειες», δήλωσε ο Δρ. Cheng, Staff in Genomic Medicine.
«Το πρόβλημα είναι ότι έχουμε δεκάδες χιλιάδες υποδοχείς και χιλιάδες μεταβολίτες στο σύστημά μας, οπότε το να καταλάβουμε με το χέρι ποιο κλειδί μπαίνει σε ποια κλειδαριά ήταν αργό και δαπανηρό. Γι’ αυτό αποφασίσαμε να χρησιμοποιήσουμε την τεχνητή νοημοσύνη».
Η ομάδα του Δρ. Cheng εξέτασε εάν γνωστοί μεταβολίτες του εντέρου στο ανθρώπινο σώμα με τα υπάρχοντα προφίλ ασφάλειας μπορεί να προσφέρουν αποτελεσματικές προσεγγίσεις πρόληψης ή ακόμα και παρέμβασης για τη νόσο του Αλτσχάιμερ ή άλλες πολύπλοκες ασθένειες, εάν εφαρμοστούν ευρέως.
Ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης και μεταδιδακτορικός συνεργάτης του Cheng Lab, Yunguang Qiu, PhD πρωτοστάτησε σε μια ομάδα που περιλάμβανε τον J. Mark Brown, PhD, Διευθυντή Έρευνας, CMMH. James Leverenz, MD, Διευθυντής του Κέντρου Υγείας του Εγκεφάλου Luo Ruvo Clinic Cleveland και Διευθυντής του Ερευνητικού Κέντρου για τη Νόσο Alzheimer του Κλίβελαντ. και νευροψυχολόγος Jessica Caldwell, PhD, ABPP/CN. Διευθύντρια του Γυναικείου Κέντρου Πρόληψης Κίνησης Αλτσχάιμερ στην Κλίβελαντ Κλινική της Νεβάδα.
Η ομάδα χρησιμοποίησε μια μορφή τεχνητής νοημοσύνης που ονομάζεται μηχανική μάθηση για να αναλύσει περισσότερα από 1,09 εκατομμύρια πιθανά ζεύγη μεταβολίτη-υποδοχέα και να προβλέψει την πιθανότητα κάθε αλληλεπίδραση να συνεισφέρει στη νόσο του Αλτσχάιμερ.
Οι αναλύσεις ενσωματώθηκαν:
- γενετικά και πρωτεομικά δεδομένα από ανθρώπινες και προκλινικές μελέτες για τη νόσο του Αλτσχάιμερ
- διαφορετικούς υποδοχείς (δομές πρωτεΐνης) και σχήματα μεταβολιτών
- πώς διαφορετικοί μεταβολίτες επηρεάζουν τα εγκεφαλικά κύτταρα που προέρχονται από τον ασθενή
Η ομάδα ερεύνησε τα ζεύγη μεταβολίτη-υποδοχέα με την υψηλότερη πιθανότητα να επηρεάσουν τη νόσο του Αλτσχάιμερ σε εγκεφαλικά κύτταρα που προέρχονται από ασθενείς με νόσο του Αλτσχάιμερ.
Ένα μόριο στο οποίο εστίασαν είναι ένας προστατευτικός μεταβολίτης που ονομάζεται αγματίνη, ο οποίος πιστεύεται ότι προστατεύει τα εγκεφαλικά κύτταρα από τη φλεγμονή και τη σχετική βλάβη. Η μελέτη διαπίστωσε ότι η αγματίνη ήταν πιο πιθανό να αλληλεπιδράσει με έναν υποδοχέα που ονομάζεται CA3R στη νόσο του Αλτσχάιμερ.
Η θεραπεία των νευρώνων που προσβλήθηκαν από το Αλτσχάιμερ με αγματίνη μείωσε άμεσα τα επίπεδα CA3R, υποδεικνύοντας ότι ο μεταβολίτης και ο υποδοχέας επηρεάζουν ο ένας τον άλλον. Οι νευρώνες που υποβλήθηκαν σε θεραπεία με αγματίνη είχαν επίσης χαμηλότερα επίπεδα φωσφορυλιωμένων πρωτεϊνών tau, δείκτη για τη νόσο του Αλτσχάιμερ.
Ο Δρ Τσενγκ λέει ότι αυτά τα πειράματα δείχνουν πώς οι αλγόριθμοι τεχνητής νοημοσύνης της ομάδας του μπορούν να ανοίξουν το δρόμο για νέες ερευνητικές οδούς σε πολλές ασθένειες πέρα από το Αλτσχάιμερ.
«Εστιάσαμε συγκεκριμένα στη νόσο του Αλτσχάιμερ, αλλά οι αλληλεπιδράσεις μεταβολίτη-υποδοχέα παίζουν ρόλο σχεδόν σε κάθε ασθένεια που περιλαμβάνει μικρόβια του εντέρου», είπε.
«Ελπίζουμε ότι οι μέθοδοί μας μπορούν να παρέχουν ένα πλαίσιο για την πρόοδο ολόκληρου του τομέα των ασθενειών που σχετίζονται με τους μεταβολίτες και της ανθρώπινης υγείας».
Τώρα, ο Δρ. Τσενγκ και η ομάδα του αναπτύσσουν περαιτέρω και εφαρμόζουν αυτές τις τεχνολογίες τεχνητής νοημοσύνης για να μελετήσουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ γενετικών και περιβαλλοντικών παραγόντων (συμπεριλαμβανομένων των τροφών και των μεταβολιτών του εντέρου) στην ανθρώπινη υγεία και ασθένειες, συμπεριλαμβανομένης της νόσου του Αλτσχάιμερ και άλλων πολύπλοκων ασθενειών.
Χρηματοδότηση: Ο Yunguang Qiu, PhD, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Cheng Lab, είναι ο πρώτος συγγραφέας αυτής της μελέτης, η οποία υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ινστιτούτο Νευρολογικών Διαταραχών και Εγκεφαλικού (RF1NS133812) και το Εθνικό Ινστιτούτο για τη Γήρανση (U01AG073323, R01AG066707. R01AG066707. R0401AG07 , RF1AG082211, R01AG084250 και R21AG83003) υπό τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (NIH).
Σχετικά με αυτές τις ειδήσεις έρευνας για την τεχνητή νοημοσύνη και τη νόσο του Αλτσχάιμερ
Συγγραφέας: Αλίσια Ρεάλ
Πηγή: Κλινική Κλίβελαντ
Επικοινωνία: Alicia Reale – Cleveland Clinic
Εικόνα: Η εικόνα πιστώνεται στο Neuroscience News
Πρωτότυπη έρευνα: Ανοιχτή πρόσβαση.
“Συστηματικός χαρακτηρισμός του τοπίου multi-omics μεταξύ των μικροβιακών μεταβολιτών του εντέρου και του GPCRome στη νόσο του Αλτσχάιμερ» από τους Feixiong Cheng et al. Αναφορές κελιών
Αφηρημένη
Συστηματικός χαρακτηρισμός του τοπίου multi-omics μεταξύ των μικροβιακών μεταβολιτών του εντέρου και του GPCRome στη νόσο του Αλτσχάιμερ
Καλύτερες στιγμές
- Τα μοντέλα μηχανικής μάθησης προβλέπουν 1,09 εκατομμύρια ζεύγη μεταβολίτη εντέρου-GPCR
- Η ανάλυση Multi-omics εντοπίζει GPCR και μεταβολίτες του εντέρου που σχετίζονται με τη νόσο Αλτσχάιμερ
- Η αγματίνη μειώνει τα επίπεδα C3AR και p-tau σε νευρώνες που προέρχονται από το iPSC ασθενών
- Η φαιναιθυλαμίνη μειώνει το p-tau σε ασθενείς με Alzheimer που προέρχονται από iPSC νευρώνες
Περίληψη
Μετατοπίσεις στο μέγεθος και τη φύση των μικροβιακών μεταβολιτών του εντέρου έχουν εμπλακεί στη νόσο του Alzheimer (AD), αλλά οι υποδοχείς ξενιστές που αντιλαμβάνονται και ανταποκρίνονται σε αυτούς τους μεταβολίτες είναι σε μεγάλο βαθμό άγνωστοι.
Εδώ, αναπτύσσουμε ένα πλαίσιο βιολογίας συστημάτων που ενσωματώνει τη μηχανική μάθηση και την πολυομική για τον εντοπισμό μοριακών σχέσεων μικροβιακών μεταβολιτών του εντέρου με μη οσφρητικούς υποδοχείς συζευγμένους με πρωτεΐνη G (που ονομάζεται “GPCRome”).
Αξιολογούμε 1,09 εκατομμύρια ζεύγη μεταβολίτη-πρωτεΐνης που συνδέουν 408 ανθρώπινους GPCR και 335 μικροβιακούς μεταβολίτες του εντέρου.
Χρησιμοποιώντας την προερχόμενη από τη γενετική τυχαιοποίηση Mendelian και ενσωματωτικές αναλύσεις μεταγραφικών και πρωτεομικών προφίλ ανθρώπινου εγκεφάλου, προσδιορίζουμε τα ορφανά GPCR (δηλαδή, GPR84) ως πιθανούς στόχους φαρμάκων στην AD και ότι η τριακανθίνη ενεργοποιεί πειραματικά το GPR84.
Δείχνουμε ότι η φαιναιθυλαμίνη και η αγματίνη μειώνουν σημαντικά την υπερφωσφορυλίωση tau (p-tau181 και p-tau205) σε πολυδύναμους νευρώνες που προέρχονται από βλαστοκύτταρα που προκαλούνται από ασθενείς με AD.
Αυτή η μελέτη καταδεικνύει ένα πλαίσιο βιολογίας συστημάτων για την αποκάλυψη των στόχων GPCR της μικροχλωρίδας του ανθρώπινου εντέρου στη ΝΑ και άλλες πολύπλοκες ασθένειες, εάν εφαρμοστεί ευρέως.