Investigation of early molecular alterations in tauopathy with generative adversarial networks

陶氏病 生成语法 计算生物学 基因本体论 生成模型 生物 本体论 人工智能 计算机科学 基因 生物信息学 疾病 基因表达 遗传学 医学 病理 神经退行性变 认识论 哲学
作者
Hye‐Rin Kim,Yong-Jin Kim,Chung-Yeol Lee,Do-Geun Kim,Mookyung Cheon
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:8
标识
DOI:10.1038/s41598-023-28081-6
摘要

Abstract The recent advances in deep learning-based approaches hold great promise for unravelling biological mechanisms, discovering biomarkers, and predicting gene function. Here, we deployed a deep generative model for simulating the molecular progression of tauopathy and dissecting its early features. We applied generative adversarial networks (GANs) for bulk RNA-seq analysis in a mouse model of tauopathy (TPR50-P301S). The union set of differentially expressed genes from four comparisons (two phenotypes with two time points) was used as input training data. We devised four-way transition curves for a virtual simulation of disease progression, clustered and grouped the curves by patterns, and identified eight distinct pattern groups showing different biological features from Gene Ontology enrichment analyses. Genes that were upregulated in early tauopathy were associated with vasculature development, and these changes preceded immune responses. We confirmed significant disease-associated differences in the public human data for the genes of the different pattern groups. Validation with weighted gene co-expression network analysis suggested that our GAN-based approach can be used to detect distinct patterns of early molecular changes during disease progression, which may be extremely difficult in in vivo experiments. The generative model is a valid systematic approach for exploring the sequential cascades of mechanisms and targeting early molecular events related to dementia.
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