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https://www.arca.fiocruz.br/handle/icict/66914
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Sustainable Development Goals
03 Saúde e Bem-Estar09 Indústria, inovação e infraestrutura
17 Parcerias e meios de implementação
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A METHOD FOR IN SILICO EXPLORATION OF POTENTIAL GLIOBLASTOMA MULTIFORME ATTRACTORS USING SINGLE-CELL RNA SEQUENCING
Glioblastoma multiforme
Biomarkers
Cancer attractors
Confidence regions
Multistability
Author
Affilliation
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Programa de Pós-Graduação em Biologia Computacional e Sistemas. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Universidade Federal do Rio de Janeiro. Centro de Ciências Matemáticas e da Natureza. Instituto de Matemática. Departamento de Matemática Aplicada. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Universidade Federal do Rio de Janeiro. Centro de Tecnologia. Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Centro de Desenvolvimento Tecnológico em Saúde. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Laboratório Interdisciplinar de Pesquisas Médicas. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Instituto Nacional de Câncer. Programa de Imunologia e Biologia Tumoral. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Centro de Desenvolvimento Tecnológico em Saúde. Laboratório de Modelagem de Sistemas Biológicos. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Presidência. Programa de Computação Científica. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Universidade Federal do Rio de Janeiro. Centro de Ciências Matemáticas e da Natureza. Instituto de Matemática. Departamento de Matemática Aplicada. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Universidade Federal do Rio de Janeiro. Centro de Tecnologia. Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Centro de Desenvolvimento Tecnológico em Saúde. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Laboratório Interdisciplinar de Pesquisas Médicas. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / Instituto Nacional de Câncer. Programa de Imunologia e Biologia Tumoral. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Centro de Desenvolvimento Tecnológico em Saúde. Laboratório de Modelagem de Sistemas Biológicos. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Fundação Oswaldo Cruz. Presidência. Programa de Computação Científica. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Abstract
We presented a method to find potential cancer attractors using single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) data. We tested our method in a Glioblastoma Multiforme (GBM) dataset, an aggressive brain tumor presenting high heterogeneity. Using the cancer attractor concept, we argued that the GBM’s underlying dynamics could partially explain the observed heterogeneity, with the dataset covering a representative region around the attractor. Exploratory data analysis revealed promising GBM’s cellular clusters within a 3-dimensional marker space. We approximated the clusters’ centroid as stable states and each cluster covariance matrix as defining confidence regions. To investigate the presence of attractors inside the confidence regions, we constructed a GBM gene regulatory network, defined a model for the dynamics, and prepared a framework for parameter estimation. An exploration of hyperparameter space allowed us to sample time series intending to simulate myriad variations of the tumor microenvironment. We obtained different densities of stable states across gene expression space and parameters displaying multistability across different clusters. Although we used our methodological approach in studying GBM, we would like to highlight its generality to other types of cancer. Therefore, this report contributes to an advance in the simulation of cancer dynamics and opens avenues to investigate potential therapeutic targets.
Keywords
Single-cell RNA sequencingGlioblastoma multiforme
Biomarkers
Cancer attractors
Confidence regions
Multistability
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