L'analyse des réseaux biologiques aide à expliquer la complexité de la sclérose en plaques


La recherche internationale menée par le Département de médecine et des sciences de la vie (MELIS) ​​de l'Université Pompeu Fabra, en collaboration avec l'Hospital del Mar, l'Hospital Clínic, la Charité – Université médicale de Berlin et les universités d'Oslo et de Gênes, a développé une biologie computationnelle outil, basé sur l’analyse de réseaux multi-niveaux, pour parvenir à une vision intégrée de la sclérose en plaques. Cet outil pourrait être utilisé pour étudier d’autres maladies complexes telles que les types de démence.

La sclérose en plaques est une maladie auto-immune de cause inconnue qui survient lorsque le système immunitaire attaque le cerveau et la moelle épinière. Il s’agit d’une maladie complexe, pas toujours facile à diagnostiquer, qui couvre un large éventail d’échelles biologiques, allant des gènes et protéines aux cellules et tissus, en passant par l’ensemble de l’organisme.

Les symptômes de la sclérose en plaques varient selon les patients, mais les plus courants vont des problèmes de vision, de l'asthénie, des difficultés à marcher et à garder l'équilibre, jusqu'à l'engourdissement ou la faiblesse des bras et des jambes. Tous peuvent apparaître et disparaître ou durer dans le temps.

L'étude publiée aujourd'hui dans la revue Biologie computationnelle Plos a mené une analyse en réseau multi-niveaux de données multiomiques (génomiques, phosphoprotéomiques et cytomiques), d'images cérébrales et rétiniennes et de données cliniques de 328 patients atteints de sclérose en plaques et de 90 sujets sains. Il s’agit de l’une des premières études à ce jour qui analyse simultanément des données provenant d’échelles très différentes, couvrant tout, depuis les gènes jusqu’à l’organisme dans son ensemble. Ainsi, le nouvel outil nous permet de comprendre la complexité des maladies chroniques.

“Dans cette étude, nous avons analysé cinq niveaux à la fois : les gènes, les protéines, les cellules, les parties du cerveau et le comportement. La proximité des éléments de chaque niveau chez chaque personne a déterminé la connexion entre les éléments au sein de chaque niveau et entre les niveaux et , grâce à la dynamique booléenne, en considérant chaque élément comme actif ou inactif, et à l'introduction de perturbations dans le système, nous avons fait osciller les éléments du réseau. Ainsi, nous sommes parvenus à identifier quels éléments des différents niveaux sont liés au niveau niveau biologique », déclare Jordi Garcia-Ojalvo, professeur de biologie des systèmes et directeur du laboratoire de biologie des systèmes dynamiques au département de médecine et des sciences de la vie de l'UPF.

“Dans les maladies complexes, comme dans la société, beaucoup de choses se produisent en même temps, et cela à plusieurs échelles et dans le temps. Ainsi, pour les êtres humains, les chercheurs et les médecins, il est difficile de les visualiser si ce n'est en utilisant ces types de maladies. d'outils qui nous permettent de discerner et d'identifier les éléments liés”, explique Pablo Villoslada, professeur agrégé au Département de médecine et des sciences de la vie de l'UPF, directeur du programme de neurosciences de l'Institut de recherche de l'Hôpital del Mar et chef du service de neurologie de Hospital del Mar, qui a codirigé l'étude avec Garcia-Ojalvo.

Grâce à l'énorme capacité des réseaux à simplifier des données complexes, ils ont réussi à révéler la corrélation entre la protéine MK03, auparavant associée à la sclérose en plaques, avec le nombre total de lymphocytes T, cellules du système immunitaire qui aident à combattre les infections, l'épaisseur du couche de fibres nerveuses rétiniennes et le test de marche chronométrée, qui mesure le temps nécessaire à un patient pour marcher 7,5 mètres le plus rapidement possible.

Bien que la taille de l'étude n'ait pas permis de valider l'utilisation de cette corrélation comme biomarqueur pour diagnostiquer et éventuellement traiter la sclérose en plaques, elle a permis une vision intégrée de ce système complexe et révélé la relation entre quatre échelles biologiques : protéines, cellules, tissus. et le comportement.

“Dans les maladies complexes, il est très difficile d'avoir des biomarqueurs génétiques. Ils sont souvent déterminés par plusieurs gènes et il y a beaucoup de “bruit de fond”. Et ici, nous étudions des ensembles de gènes, de protéines et de phénotypes, et s'ils sont liés. les uns aux autres, nous avons une indication de l'existence de la maladie”, ajoute Garcia-Ojalvo.

« Avec la sclérose en plaques, nous devons construire un puzzle dont nous pouvons plus ou moins deviner l'aspect. Nous ne sommes pas totalement dans le noir, c'est pourquoi nous utilisons la biologie des systèmes, qui nous informe des relations pertinentes entre les éléments pour que le puzzle soit résolu. cohérent, adapté et nous apprenons. Et une fois que nous savons comment fonctionne la maladie, nous pouvons découvrir comment y faire face”, conclut Villoslada.

Cet outil basé sur la relation entre la biologie fondamentale et la médecine appliquée pourrait être appliqué à l'étude d'autres maladies complexes comme la maladie d'Alzheimer et d'autres types de démence.

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