Las redes neuronales gráficas revelan la comunicación entre las células

Las células interactúan de diferentes maneras y en varias escalas de longitud. La interacción de una célula con su nicho de tejido se puede describir a través de eventos de comunicación celular. Para comprender estos eventos, investigadores de todo el mundo crean modelos basados ​​en diferentes estrategias. Este conocimiento es crucial para comprender e identificar fenómenos emergentes en microambientes tisulares, como cambios genéticos en un tumor.

El problema es que muchos modelos se basan en celdas disociadas, lo que significa que las celdas están separadas para celdas individuales durante su análisis y ya no están integrados en su entorno natural. Otros modelos se limitan a la señalización receptor-ligando, cierto tipo de la comunicación entre celdas

Estos modelos, por lo tanto, ignoran la proximidad espacial de un grupo de células (un nicho) en su tejido medio ambiente. Investigadores dirigidos por Fabian Theis del Computational Health Center Helmholtz Munich y la Universidad Técnica de Munich (TUM) ahora han desarrollado un nuevo método que define la complejidad y mejora la comprensión de la comunicación celular: patrones centrados en la expresión de nodos (NCEM).

Un marco flexible

NCEM es un método de calculo basado en gráficos Redes neuronalesque combinan la asignación de varianza transcriptómica y el modelado de comunicación celular en un modelo de nicho de tejido único.

Por lo tanto, el modelo puede predecir el perfil de expresión génica de una célula en función de la presencia de tipos de células circundantes. Además, estima el efecto de la composición del nicho de tejido en la expresión génica de manera imparcial a partir de datos de perfiles moleculares espaciales.

En su modelo, los investigadores desarrollaron un marco flexible para explicar las variaciones de la expresión génica observables en la transcriptómica espacial, una tecnología que proporciona información sobre la expresión génica resuelta espacialmente. Las variaciones en la expresión génica pueden entonces asociarse con procesos moleculares conocidos asociados con eventos de comunicación celular.

Demostraron que los NCEM identifican con firmeza las dependencias célula-célula en diferentes tecnologías de transcriptómica espacial y en escalas de longitud características de los mecanismos de comunicación conocidos. Con este método, los primeros autores David Fischer y Anna Schaar pudieron recuperar firmas de procesos moleculares que se sabe que subyacen a la comunicación celular.

Una nueva forma de identificar la comunicación celular

El marco restringe los eventos de comunicación a las celdas que están cerca en el espacio. Las dependencias identificadas no se limitan a la comunicación basada en ligando-receptor, sino que también pueden explicar, por ejemplo, interacciones físicas o intercambios de metabolitos.

NCEM es un método computacional flexible que se puede extender a conjuntos de datos más complejos, como datos de transcriptómica espacial 3D y datos de alto rendimiento. Por tanto, proporciona un conjunto de herramientas flexibles para el análisis de la comunicación célula-célula en el espacio. La nueva metodología complementa los recientes esfuerzos de caracterización la expresion genica individualmente células en proyectos de “atlas” unicelulares, teniendo en cuenta en este caso particular el nicho tisular.

La investigación se publica en Biotecnología natural.