Avec des millions de cas de cancer de la vessie (BC) dans le monde, le besoin d'outils permettant de garantir un diagnostic rapide de cette maladie est un sujet de préoccupation. Les scientifiques ont récemment utilisé des gènes liés aux mitochondries (MRG), connus pour être impliqués dans la progression de la maladie, pour créer un nouveau modèle de diagnostic utilisant l'apprentissage automatique (ML).
Les résultats ont été publiés dans Rapports scientifiquesindiquant le potentiel de ce modèle en attendant une validation plus approfondie.
Étude: Prédiction par apprentissage automatique d'un nouveau modèle de diagnostic utilisant des gènes liés aux mitochondries pour les patients atteints d'un cancer de la vessie. Crédit d’image : mi_viri/Shutterstock.com
Cancer de la vessie
Le cancer de la vessie est trois à quatre fois plus fréquent chez les hommes que chez les femmes, ce qui en fait la sixième cause de cancer chez les hommes. Elle est principalement causée par le tabagisme et l'exposition à certains produits chimiques industriels et touche généralement les hommes d'âge moyen et plus âgés.
Bien que le cancer de la vessie soit plus répandu dans les populations développées, son pronostic reste relativement sombre malgré les progrès de la médecine. Cela a conduit au développement de meilleurs outils de diagnostic, modèles pronostiques et approches thérapeutiques.
Les mitochondries, les organites subcellulaires responsables de la production d'énergie, contrôlent le métabolisme cellulaire et régulent les processus cellulaires clés tels que la mort cellulaire programmée, la signalisation et les niveaux d'ions calcium.
Les cellules tumorales, qui nécessitent beaucoup d’énergie, utilisent principalement la glycolyse – une voie anaérobie moins efficace – contrairement aux cellules normales qui dépendent de la phosphorylation oxydative, une voie aérobie plus efficace qui peut produire jusqu’à 15 fois plus d’énergie.
Cette différence dans la production d'énergie fait partie de « l'effet Warburg », dans lequel une fonction mitochondriale anormale entraîne une altération du métabolisme des cellules tumorales. Par exemple, un dysfonctionnement des mitochondries peut empêcher les cellules cancéreuses de subir une mort programmée, leur permettant ainsi de survivre et de se propager.
De plus, les anomalies mitochondriales peuvent provoquer un stress oxydatif sur les composants cellulaires tels que l’ADN et les protéines, augmentant ainsi le risque de cancer, conférant une résistance aux traitements anticancéreux et favorisant la croissance tumorale.
« Compte tenu du rôle important des MRG dans la progression de la Colombie-Britannique, il est important de sélectionner de nouveaux biomarqueurs basés sur les MRG pour les patients atteints de Colombie-Britannique..»
Le ML fait partie de l’arsenal de l’intelligence artificielle (IA), qui identifie des modèles et des connaissances à partir de données brutes sans alimenter d’instructions détaillées.
Cela permet au système de prédire, de catégoriser et de reconnaître les tendances pouvant inclure des modèles de transcription associés à la tumeur. Dans la présente étude, les chercheurs ont cherché à exploiter la puissance du ML sur les transcriptomes pour construire un nouveau modèle de diagnostic pour la Colombie-Britannique basé sur les MRG.
Qu’a montré l’étude ?
Les chercheurs ont analysé 165 échantillons de cancer de la vessie (BC) et 67 contrôles pour étudier l'expression différentielle des gènes liés aux mitochondries (MRG). Ils ont identifié 752 MRG différentiellement exprimés, 440 présentant une expression accrue et le reste étant régulé négativement.
Ces gènes étaient impliqués de manière significative dans les voies cellulaires liées à la formation d’organes chez les embryons, au devenir cellulaire, à la régulation de la transcription, aux maladies neurodégénératives et aux troubles des tissus musculaires.
L'analyse a identifié près de 50 caractéristiques liées à la Colombie-Britannique et s'est réduite à 13 gènes critiques. Parmi celles-ci, la TRAF3 Interacting Protein 3 (TRAF3IP3), l’inhibiteur de croissance induit par le stress oxydatif mitochondrial (OXSM), la N-myristoyltransférase 1 (NMT1) et la glutarédoxine 2 (GLRX2) se sont révélées être des cibles clés. GLRX2, en particulier, est important pour maintenir l’équilibre oxydo-réducteur dans les mitochondries, ce qui aide les processus cellulaires normaux à se poursuivre sans dommages oxydatifs.
Les modèles d'expression de GLRX2, NMT1, OXSM et TRAF3IP3 ont montré des différences nettes entre les échantillons et les contrôles BC, atteignant une efficacité de différenciation de 90 %. GLRX2, NMT1 et OXSM étaient fortement régulés positivement en Colombie-Britannique, alors que TRAF3IP3 était considérablement réduit.
Ces résultats étaient cohérents dans deux ensembles de données supplémentaires, démontrant que ce modèle différencie plus efficacement la Colombie-Britannique des échantillons témoins que les biomarqueurs monogéniques.
En outre, l'étude a exploré où ces gènes étaient principalement exprimés, découvrant que différentes voies et cellules immunitaires dans le microenvironnement tumoral répondaient de manière variable aux changements dans la régulation des gènes. Par exemple, des niveaux plus élevés de tueurs naturels activés (NK) et de plasmocytes étaient associés à une expression accrue de GLRX2.
L'expression de NMT1, qui a été considérablement augmentée dans plusieurs lignées cellulaires de Colombie-Britannique, code pour une protéine essentielle à la modification et à la signalisation des protéines, améliorant potentiellement les interactions des cellules tumorales avec la matrice extracellulaire, un processus clé dans la propagation du cancer. De manière significative, la suppression de NMT1 a conduit à une croissance limitée des cellules BC, indiquant son rôle dans l’avancement de la BC.
Conclusions
L'avènement de la transcriptomique et du ML dans les modèles de diagnostic de tumeurs a donné une impulsion à la recherche d'un diagnostic précis et précoce de la Colombie-Britannique sans avoir recours à des biopsies invasives et douloureuses. Cette approche ML peut aider à élaborer des plans de diagnostic et de traitement personnalisés basés sur la sélection de biomarqueurs.
Cela peut également accélérer les décisions avec une efficacité accrue. Enfin, il peut aider à comprendre le processus de développement d’une tumeur grâce aux informations qu’il fournit sur la biologie sous-jacente de la tumeur.
L'étude actuelle a identifié quatre gènes (GLRX2, NMT1, OXSM et TRAF3IP3) pour le diagnostic de la Colombie-Britannique. Ceux-ci ont été intégrés dans un modèle de diagnostic. Ils jouent également un rôle important dans la progression de la Colombie-Britannique. Des recherches plus approfondies sont essentielles pour confirmer ces résultats sur un échantillon plus diversifié.
« Nos résultats pourraient potentiellement conduire à une précision et une fiabilité accrues dans le diagnostic de la Colombie-Britannique, contribuant ainsi à des interventions médicales plus personnalisées et plus efficaces pour les patients à l'avenir..»
