Saúde Desvendada

Compreender a intrincada dança da expressão gênica é crucial para desvendar os mistérios do desenvolvimento celular, da diferenciação e da progressão de doenças. Processos celulares dinâmicos, como o nascimento, proliferação e morte celular, impulsionam mudanças nas populações celulares, exigindo ferramentas sofisticadas para análise. O sequenciamento de células únicas surge como uma poderosa técnica, permitindo a medição da expressão gênica em nível celular e abrindo portas para a decifração da dinâmica molecular subjacente a esses processos complexos.

No entanto, o alto custo e a natureza destrutiva do sequenciamento limitam as observações a momentos discretos, restringindo nossa compreensão das trajetórias celulares. Para superar essas limitações, pesquisadores desenvolveram o ARTEMIS, um modelo generativo inovador que integra autoencoders variacionais (VAE) com a ponte de Schrödinger de Difusão. Essa abordagem permite modelar processos celulares, reconstruir trajetórias celulares e revelar a dinâmica da expressão gênica, ao mesmo tempo em que recupera as mudanças na população celular. O ARTEMIS mapeia dados de séries temporais de células únicas em um espaço latente contínuo, onde as trajetórias são reconstruídas resolvendo o problema da ponte de Schrödinger usando equações diferenciais estocásticas (SDEs) de avanço e retrocesso.

A aplicação do ARTEMIS em conjuntos de dados reais, incluindo diferenciação de células β pancreáticas, embriogênese de peixes-zebra e transição epitelial-mesenquimal (EMT) em células cancerosas, demonstrou resultados promissores. O modelo superou métodos de ponta na previsão de pontos de tempo ocultos, na recuperação de mudanças relativas na população celular ao longo do tempo e na identificação de genes de “deriva” que impulsionam tendências de expressão determinísticas em trajetórias celulares. Além disso, perturbações in silico revelaram que esses genes influenciam processos como a EMT, destacando o potencial do ARTEMIS para desvendar mecanismos importantes na saúde e na doença. O código para ARTEMIS está disponível publicamente, fomentando a colaboração e o avanço neste campo empolgante da pesquisa genômica.

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