Published October 29, 2019 | Version v1
Publication Open

Differential Treatments Based on Drug-induced Gene Expression Signatures and Longitudinal Systemic Lupus Erythematosus Stratification

  • 1. Pfizer-University of Granada-Junta de Andalucía Centre for Genomics and Oncological Research
  • 2. Johns Hopkins Medicine
  • 3. Johns Hopkins University
  • 4. Hospital Provincial de Rosario
  • 5. University College London
  • 6. Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán
  • 7. Karolinska Institutet

Description

Abstract Systemic lupus erythematosus (SLE) is a heterogeneous disease with unpredictable patterns of activity. Patients with similar activity levels may have different prognosis and molecular abnormalities. In this study, we aimed to measure the main differences in drug-induced gene expression signatures across SLE patients and to evaluate the potential for clinical data to build a machine learning classifier able to predict the SLE subset for individual patients. SLE transcriptomic data from two cohorts were compared with drug-induced gene signatures from the CLUE database to compute a connectivity score that reflects the capability of a drug to revert the patient signatures. Patient stratification based on drug connectivity scores revealed robust clusters of SLE patients identical to the clusters previously obtained through longitudinal gene expression data, implying that differential treatment depends on the cluster to which patients belongs. The best drug candidates found, mTOR inhibitors or those reducing oxidative stress, showed stronger cluster specificity. We report that drug patterns for reverting disease gene expression follow the cell-specificity of the disease clusters. We used 2 cohorts to train and test a logistic regression model that we employed to classify patients from 3 independent cohorts into the SLE subsets and provide a clinically useful model to predict subset assignment and drug efficacy.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

مرض الذئبة الحمامية الجهازية (SLE) هو مرض غير متجانس مع أنماط نشاط غير متوقعة. قد يكون لدى المرضى الذين لديهم مستويات نشاط مماثلة تشخيص مختلف وتشوهات جزيئية. في هذه الدراسة، استهدفنا قياس الاختلافات الرئيسية في توقيعات التعبير الجيني المستحث بالعقاقير عبر مرضى الذئبة الحمراء وتقييم إمكانات البيانات السريرية لبناء مصنف للتعلم الآلي قادر على التنبؤ بالمجموعة الفرعية من الذئبة الحمراء للمرضى الأفراد. تمت مقارنة البيانات النسيجية لمرض الذئبة الحمراء من مجموعتين مع توقيعات الجينات المستحثة بالعقاقير من قاعدة بيانات CLUE لحساب درجة الاتصال التي تعكس قدرة الدواء على عكس توقيعات المريض. كشف التصنيف الطبقي للمرضى بناءً على درجات اتصال الدواء عن مجموعات قوية من مرضى الذئبة الحمراء مطابقة للمجموعات التي تم الحصول عليها مسبقًا من خلال بيانات التعبير الجيني الطولي، مما يعني أن العلاج التفاضلي يعتمد على المجموعة التي ينتمي إليها المرضى. أظهرت أفضل الأدوية المرشحة، مثبطات mTOR أو تلك التي تقلل من الإجهاد التأكسدي، خصوصية عنقودية أقوى. نذكر أن أنماط الأدوية لعكس التعبير الجيني للمرض تتبع خصوصية الخلية لمجموعات الأمراض. استخدمنا مجموعتين لتدريب واختبار نموذج الانحدار اللوجستي الذي استخدمناه لتصنيف المرضى من 3 مجموعات مستقلة إلى مجموعات فرعية من مرض الذئبة الحمراء وتوفير نموذج مفيد سريريًا للتنبؤ بتعيين المجموعة الفرعية وفعالية الدواء.

Translated Description (French)

Résumé Le lupus érythémateux disséminé (LED) est une maladie hétérogène aux schémas d'activité imprévisibles. Les patients ayant des niveaux d'activité similaires peuvent avoir un pronostic et des anomalies moléculaires différents. Dans cette étude, nous avons cherché à mesurer les principales différences dans les signatures d'expression génique induites par les médicaments chez les patients atteints de LED et à évaluer le potentiel des données cliniques pour construire un classificateur d'apprentissage automatique capable de prédire le sous-ensemble de LED pour chaque patient. Les données transcriptomiques du LED de deux cohortes ont été comparées aux signatures géniques induites par le médicament à partir de la base de données d'INDICES pour calculer un score de connectivité qui reflète la capacité d'un médicament à inverser les signatures des patients. La stratification des patients basée sur les scores de connectivité des médicaments a révélé des grappes robustes de patients atteints de LED identiques aux grappes précédemment obtenues grâce aux données longitudinales d'expression génique, ce qui implique que le traitement différentiel dépend de la grappe à laquelle les patients appartiennent. Les meilleurs candidats médicaments trouvés, les inhibiteurs de mTOR ou ceux réduisant le stress oxydatif, ont montré une spécificité de cluster plus forte. Nous rapportons que les modèles de médicaments pour inverser l'expression des gènes de la maladie suivent la spécificité cellulaire des grappes de maladies. Nous avons utilisé 2 cohortes pour former et tester un modèle de régression logistique que nous avons utilisé pour classer les patients de 3 cohortes indépendantes dans les sous-ensembles de LED et fournir un modèle cliniquement utile pour prédire l'attribution des sous-ensembles et l'efficacité des médicaments.

Translated Description (Spanish)

Resumen El lupus eritematoso sistémico (les) es una enfermedad heterogénea con patrones de actividad impredecibles. Los pacientes con niveles de actividad similares pueden tener diferentes pronósticos y anomalías moleculares. En este estudio, nuestro objetivo fue medir las principales diferencias en las firmas de expresión génica inducidas por fármacos en pacientes con les y evaluar el potencial de los datos clínicos para construir un clasificador de aprendizaje automático capaz de predecir el subconjunto de les para pacientes individuales. Los datos transcriptómicos de les de dos cohortes se compararon con firmas génicas inducidas por fármacos de la base de datos CLUE para calcular una puntuación de conectividad que refleja la capacidad de un fármaco para revertir las firmas de los pacientes. La estratificación de los pacientes basada en las puntuaciones de conectividad de los fármacos reveló grupos sólidos de pacientes con les idénticos a los grupos obtenidos previamente a través de los datos de expresión génica longitudinal, lo que implica que el tratamiento diferencial depende del grupo al que pertenecen los pacientes. Los mejores candidatos a fármacos encontrados, los inhibidores de mTOR o los que reducen el estrés oxidativo, mostraron una especificidad de grupo más fuerte. Informamos que los patrones de fármacos para revertir la expresión génica de la enfermedad siguen la especificidad celular de los grupos de enfermedades. Utilizamos 2 cohortes para entrenar y probar un modelo de regresión logística que empleamos para clasificar a los pacientes de 3 cohortes independientes en los subconjuntos de les y proporcionar un modelo clínicamente útil para predecir la asignación de subconjuntos y la eficacia del fármaco.

Files

s41598-019-51616-9.pdf.pdf

Files (3.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:d8055356f41b6a3f5c326661d760ef01
3.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
العلاجات التفاضلية على أساس بصمات التعبير الجيني المستحثة بالعقاقير والتدرج الطبقي للذئبة الحمامية الجهازية الطولية
Translated title (French)
Traitements différentiels basés sur les signatures d'expression génique induites par les médicaments et la stratification du lupus érythémateux systémique longitudinal
Translated title (Spanish)
Tratamientos diferenciales basados en firmas de expresión génica inducidas por fármacos y estratificación del lupus eritematoso sistémico longitudinal

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2982458491
DOI
10.1038/s41598-019-51616-9

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Mexico

References

  • https://openalex.org/W1549502118
  • https://openalex.org/W1969353942
  • https://openalex.org/W1974156856
  • https://openalex.org/W1989688078
  • https://openalex.org/W1992407562
  • https://openalex.org/W1993116843
  • https://openalex.org/W2013980575
  • https://openalex.org/W2028536701
  • https://openalex.org/W2038676766
  • https://openalex.org/W2049797511
  • https://openalex.org/W2064999867
  • https://openalex.org/W2093076036
  • https://openalex.org/W2104488717
  • https://openalex.org/W2115462905
  • https://openalex.org/W2118262694
  • https://openalex.org/W2128054164
  • https://openalex.org/W2128787668
  • https://openalex.org/W2146512944
  • https://openalex.org/W2152993559
  • https://openalex.org/W2180588657
  • https://openalex.org/W2321809676
  • https://openalex.org/W2345356016
  • https://openalex.org/W2508455664
  • https://openalex.org/W2547741362
  • https://openalex.org/W2569499583
  • https://openalex.org/W2591752720
  • https://openalex.org/W2593372779
  • https://openalex.org/W2598311177
  • https://openalex.org/W2612467560
  • https://openalex.org/W2769591387
  • https://openalex.org/W2810708941
  • https://openalex.org/W2885031867
  • https://openalex.org/W2888600079
  • https://openalex.org/W2909318515
  • https://openalex.org/W3099862724
  • https://openalex.org/W89255747