Un nouvel outil recherche des preuves de la maladie d'Alzheimer dans le microbiome intestinal

Un nouvel outil recherche des preuves de la maladie d'Alzheimer dans le microbiome intestinal

Les chercheurs de la Cleveland Clinic utilisent l’intelligence artificielle pour découvrir le lien entre le microbiome intestinal et la maladie d’Alzheimer.

Des études antérieures ont montré que les patients atteints de la maladie d'Alzheimer subissent des changements dans leurs bactéries intestinales à mesure que la maladie progresse. Celui qui vient d'être publiéRapports de cellulesL'étude décrit une méthode informatique permettant de déterminer comment les sous-produits bactériens appelés métabolites interagissent avec les récepteurs des cellules et contribuent à la maladie d'Alzheimer.

Feixiong Cheng, PhD, directeur fondateur du Cleveland Clinic Genome Center, a travaillé en étroite collaboration avec le Luo Ruvo Center for Brain Health et le Center for Microbiome and Human Health (CMHH). L'étude classe les métabolites et les récepteurs en fonction de la probabilité qu'ils interagissent les uns avec les autres et de la probabilité que ces deux paires influencent la maladie d'Alzheimer. Les données représentent l’une des feuilles de route les plus complètes à ce jour pour étudier les maladies liées au métabolisme.

Les bactéries libèrent des métabolites dans notre corps lorsqu’elles décomposent les aliments que nous mangeons pour produire de l’énergie. Les métabolites interagissent ensuite avec les cellules et les influencent, stimulant ainsi les processus cellulaires qui peuvent être utiles ou nocifs pour la santé. En plus de la maladie d'Alzheimer, les chercheurs ont établi un lien entre les métabolites et les maladies cardiaques, l'infertilité, le cancer ainsi que les maladies auto-immunes et les allergies.

Prévenir les interactions nocives entre les métabolites et nos cellules pourrait aider à combattre les maladies. Les chercheurs travaillent au développement de médicaments capables d'activer ou de bloquer l'association des métabolites avec les récepteurs à la surface des cellules. Les progrès dans cette approche sont lents en raison de la grande quantité d’informations requises pour identifier un récepteur cible.

Les métabolites intestinaux sont la clé de nombreux processus physiologiques de notre corps, et pour chaque clé correspond un verrou sur la santé et la maladie humaines. Le problème est que nous avons des dizaines de milliers de récepteurs et des milliers de métabolites dans notre système. Par conséquent, déterminer manuellement quelle clé correspond à quelle serrure était fastidieux et coûteux. C’est pourquoi nous avons décidé d’utiliser l’IA.

Feixiong Cheng, PhD, directeur fondateur, Genome Center, Cleveland Clinic

L'équipe du Dr.

Le premier auteur de l'étude et boursier postdoctoral au Cheng Lab, Yunguang Qiu, PhD, a dirigé une équipe qui comprenait J. Mark Brown, PhD, directeur de recherche, CMMH ; James Leverenz, MD, directeur du Cleveland Clinic Luo Ruvo Center for Brain Health et directeur du Cleveland Alzheimer's Disease Research Center ; et la neuropsychologue Jessica Caldwell, PhD, ABPP/CN. Directrice du Centre de prévention du mouvement des femmes Alzheimer à la Cleveland Clinic Nevada.

L'équipe a utilisé une forme d'IA appelée apprentissage automatique pour analyser plus de 1,09 millions de paires métabolites-récepteurs potentiels et prédire la probabilité que chaque interaction contribue à la maladie d'Alzheimer.

Les analyses comprenaient :

• genetische und proteomische Daten aus menschlichen und präklinischen Studien zur Alzheimer-Krankheit
• unterschiedliche Rezeptor- (Proteinstrukturen) und Metabolitenformen
• wie sich verschiedene Metaboliten auf von Patienten stammende Gehirnzellen auswirken

L'équipe a examiné les paires métabolites-récepteurs les plus susceptibles d'influencer la maladie d'Alzheimer dans les cellules cérébrales de patients atteints de la maladie d'Alzheimer.

Une molécule sur laquelle ils se sont concentrés est un métabolite protecteur appelé agmatine, censé protéger les cellules cérébrales de l’inflammation et des dommages associés. L'étude a révélé que l'agmatine interagit très probablement avec un récepteur appelé CA3R dans la maladie d'Alzheimer.

Le traitement des neurones affectés par la maladie d'Alzheimer avec de l'agmatine a directement réduit les niveaux de CA3R, ce qui suggère que le métabolite et le récepteur s'influencent mutuellement. Les neurones traités à l'agmatine présentaient également des niveaux plus faibles de protéines tau phosphorylées, un marqueur de la maladie d'Alzheimer.

Le Dr Cheng affirme que ces expériences montrent comment les algorithmes d’IA de son équipe peuvent ouvrir la voie à de nouvelles voies de recherche sur de nombreuses maladies autres que la maladie d’Alzheimer.

"Nous nous sommes concentrés spécifiquement sur la maladie d'Alzheimer, mais les interactions métabolites-récepteurs jouent un rôle dans presque toutes les maladies impliquant des microbes intestinaux", a-t-il déclaré. « Nous espérons que nos méthodes pourront fournir un cadre pour faire progresser l’ensemble du domaine des maladies associées aux métabolites et de la santé humaine. » Aujourd'hui, le Dr Cheng et son équipe poussent ces technologies d'IA plus loin et les appliquent pour étudier les interactions entre les facteurs génétiques et environnementaux (y compris les métabolites alimentaires et intestinaux) sur la santé et les maladies humaines, notamment la maladie d'Alzheimer et d'autres maladies complexes.

Sources :