Vés al contingut

Bioinformàtica Clínica i Translacional

L'objectiu principal de la nostra recerca és la comprensió de la base molecular de les malalties hereditàries, integrant dos aspectes complementaris: l'impacte molecular de les variants genètiques i l'efecte regulador de l'entorn genètic. A nivell tècnic, per aconseguir el nostre objectiu, integrem els resultats dels experiments genòmics més avançats —single-cell RNA sequencing (scRNA-seq), next-generation sequencing (NGS), etc.— mitjançant eines d’aprenentatge automàtic.

El fruit dels nostres esforços ha donat lloc a uns avenços substancials en la comprensió de l'efecte funcional de les variants genètiques en les proteïnes BRCA1/2, associades als càncers hereditaris de mama i ovari. Tot això ha cristal·litzat en la nostra segona posició en la classificació de grups en la competició internacional CAGI 5, celebrada el 2019.

Equip

Fco. Xavier De la Cruz Montserrat

Fco. Xavier De la Cruz Montserrat

Cap de grup
Bioinformàtica clínica i translacional
Llegir més
Aitana Diaz Vazquez

Aitana Diaz Vazquez

Tècnic de recerca
Bioinformàtica clínica i translacional
Llegir més
Javier Guerrero Flores

Javier Guerrero Flores

Investigador/a predoctoral
Bioinformàtica clínica i translacional
Llegir més
Shaopei Ye

Shaopei Ye

Investigador/a predoctoral
Bioinformàtica clínica i translacional
Llegir més
Fco. Xavier De la Cruz Montserrat

Fco. Xavier De la Cruz Montserrat

Cap de grup
Bioinformàtica clínica i translacional
Llegir més
Aitana Diaz Vazquez

Aitana Diaz Vazquez

Tècnic de recerca
Bioinformàtica clínica i translacional
Llegir més
Javier Guerrero Flores

Javier Guerrero Flores

Investigador/a predoctoral
Bioinformàtica clínica i translacional
Llegir més
Shaopei Ye

Shaopei Ye

Investigador/a predoctoral
Bioinformàtica clínica i translacional
Llegir més

Línies de recerca

Predicció de mutacions patològiques

En els darrers anys hem orientat la nostra recerca al desenvolupament d'eïnes bioinformàtiques aplicades a la predicció de mutacions patològiques en proteïnes (PMID: 11812146, 15390262, 15879453, 16208716, 17059831). Per assolir aquest objectiu hem seguit un protocol de dues passes. En primer lloc, hem caracteritzat les mutaciones patològiques en termes de propietats de seqüència, estructura i evolució. En segon lloc, hem fet servir aquests resultats per identificar aquells paràmetres amb un poder predictiu més gran. Posteriorment, hem utilitzat aquests paràmetres per "entrenar" una xarxa neuronal que ens ha proporcionat un model empíric que permet l'identificació de mutacions patològiques, amb una tasa d'encert moderadament elevada (prop del 70%; PMID: 15390262, 15879453, 16208716).

En aquests moments estem aplicant aquesta aproximació al cas de patologies concretes. Pensem que aquest és un pas natural vers el desenvolupament d'una medicina personalitzada. Dins d'aquest context, estem caracteritzant l'impacte de les mutacions causants de la malaltia de Fabry sobre l'estructura i la funció de l'alfa-galactosidasa. Seguim l'aproximació descrita més amunt, però en aquest cas ens beneficiem de la col.laboració estreta amb el grup del Dr. Joan Montaner.

IP: Fco. Xavier De la Cruz Montserrat

Identifying the Cell of Origin in Breast Cancer Using Single-Cell RNA-Seq and Interactome Data

Single-cell techniques can characterize cells in terms of different molecular properties and, usually, at a genome-wide scale, e.g., the gene-expression pattern of the entire genome, epigenetic marks, etc. A distinguishing characteristic of these techniques is their intrinsically large-scale nature, which ties their clinical application in biomedicine to the development of data analysis and AI techniques. In this project, we are interested in scRNAseq for two main reasons. First, it allows a simple approach to close the gap between molecular and cell-level understanding of the hereditary disease. Additionally, since scRNAseq was one of the first single-cell techniques to be developed, many datasets are publicly available (Moreno et al., 2022). This opens the door to addressing a biomedically relevant problem (Duan et al., 2020; Lähneman et al., 2020): the understanding of cell identity in molecular terms, using machine learning techniques. The resulting conceptual framework can be applied to relevant challenges in the clinical analysis of scRNAseq experiments, e.g., the assignment of cell identities in breast tumor samples. In this project, we focus on this problem, devising an original approach to bridge the gap between interactome and cellular identity.

Various studies show how the loss of specific interactions/network disruptions, contribute to the origin of hereditary disease (Luck et al., 2020; Sahni et al., 2015; Cheng et al., 2021). That is, it is relatively straightforward to relate the pathogenic impact of variants with changes in protein interaction patterns. In parallel, descriptions of the human interactome are becoming available (Luck et al., 2020) together with results confirming the intimate relationship between interactome and cell identity (Ye et al., 2018; Mohammady et al., 2019). We propose that this wealth of data enables the development of an innovative, data-driven model. This model would relate interactome and cell identity and could be applied to single-cell studies of breast tissue in both healthy individuals and cancer patients.


BIBLIOGRAPHY

.- Cheng, F., Zhao, J., Wang, Y., Lu, W., Liu, Z., Zhou, Y., Martin, W.R., Wang, R., Huang, J., Hao, T., et al. (2021). Comprehensive characterization of protein–protein interactions perturbed by disease mutations. Nat. Genet. 53, 342–353.

.- Duan, B., Zhu, C., Chuai, G., Tang, C., Chen, X., Chen, S., Fu, S., and Liu, Q. (2020). Learning for single-cell assignment. Sci. Adv. 6, eabd0855.

.- Lähnemann, D., Köster, J., Szczurek, E., McCarthy, D.J., Hicks, S.C., Robinson, M.D., Vallejos, C.A., Campbell, K.R., Beerenwinkel, N., Mahfouz, A., et al. (2020). Eleven grand challenges in single-cell data science (Genome Biology).

.- Luck, K., Kim, D.K., Lambourne, L., Spirohn, K., Begg, B.E., Bian, W., Brignall, R., Cafarelli, T., Campos-Laborie, F.J., Charloteaux, B., et al. (2020). A reference map of the human binary protein interactome. Nature 580, 402–408.

.-  Mohammadi, S., Davila-Velderrain, J., and Kellis, M. (2019). Reconstruction of cell-type specific interactomes at single-cell resolution. Cell Syst. 9, 559–568.

.- Moreno, P., Fexova, S., George, N., Manning, J.R., Miao, Z., Mohammed, S., MuñozPomer, A., Fullgrabe, A., Bi, Y., Bush, N., et al. (2022). Expression Atlas update: Gene and protein expression in multiple species. Nucleic Acids Res. 50, D129–D140.

.- Sahni, N., Yi, S., Taipale, M., Fuxman Bass, J.I., Coulombe-Huntington, J., Yang, F., Peng, J., Weile, J., Karras, G.I., Wang, Y., et al. (2015). Widespread macromolecular interaction perturbations in human genetic disorders. Cell 161, 647–660.

.- Ye, Z., and Sarkar, C.A. (2018). Towards a quantitative understanding of cell identity. Trends Cell Biol. 28, 1030–1048.

IP: -

Projectes

Avanzando hacia el diagnóstico de precisión a través de la comprensión mecanística de las patologias: de la interpretación de variantes a la identificación del perfil celular.

IP: Fco. Xavier De la Cruz Montserrat
Col·laboradors: Miriam Izquierdo Sans, Javier Guerrero Flores
Entitat finançadora: Ministerio de Ciencia e Innovación-MICINN
Finançament: 111758
Referència: PREP2022-000566
Durada: 01/02/2024 - 31/01/2028

Ministerio de Ciencia

Advancing towards precision diagnostics using a mechanistic understanding of disease processes: from variant interpretation to single-cell profiling

IP: Fco. Xavier De la Cruz Montserrat
Col·laboradors: Advancing towards precision diagnostics using a mechanistic understanding of disease processes: from variant interpretation to s, Advancing towards precision diagnostics using a mechanistic understanding of disease processes: from variant interpretation to s
Entitat finançadora: Ministerio de Ciencia e Innovación-MICINN
Finançament: 262500
Referència: PID2022-142753OB-I00
Durada: 01/09/2023 - 31/08/2026

Ministerio de Ciencia

Tesis

Desarrollo de herramientas para el análisis y predicción patogénica de las variantes missense de ATM en el entorno clínico.

Doctorand: Luz Marina Porras Monroy
Director/s: Fco. Xavier De la Cruz Montserrat
Universitat: Universitat de Barcelona
Any: 2023

Binary pathogenicity classification missense variants through development of quantitative protein-specific predictors

Doctorand: Selen Ozkan , Selen Ozkan , Selen Ozkan
Director/s: Fco. Xavier De la Cruz Montserrat
Universitat: Universitat de Barcelona
Any: 2023

Novel approaches for in silico identification of pathogenic variants in BRCA1 and BRCA2 hereditary breast and ovarian cancer predisposition genes

Doctorand: Natalia Padilla Sirera, Natalia Padilla Sirera, Natalia Padilla Sirera
Director/s: Fco. Xavier De la Cruz Montserrat
Universitat: Universidad Autònoma de Barcelona
Any: 2020

A MACHINE LEARNING MODEL FOR IMPROVING THE ANNOTATION OF PROTEIN SEQUENCE VARIANTS IN SEQUENCING PROJECTS

Doctorand: Elena Álvarez de la C Crespo
Director/s: Fco. Xavier De la Cruz Montserrat
Universitat: Universitat de Barcelona
Any: 2019

ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES CONFORMACIONALES DE LAS PROTEÍNAS MEDIANTE EL USO DE MODELOS DE BAJA RESOLUCIÓN BASADOS EN LA DISCRETIZACIÓN DE LAS COORDENADAS INTERNAS

Doctorand: Francisco Martín Bandera
Director/s: Fco. Xavier De la Cruz Montserrat
Universitat: Universitat de Barcelona
Any: 2018

Caracterització bioinformàtica de la relació entre l'impacte molecular de les variants patogèniques i el fenotip clínic

Doctorand: Oscar Marín Sala
Director/s: Fco. Xavier De la Cruz Montserrat
Universitat: Universidad Autònoma de Barcelona
Any: 2017

Novel approaches in the identification of pathogenic variants in the clinical diagnosis

Doctorand: Maria Casandra Riera Ribas
Director/s: Fco. Xavier De la Cruz Montserrat
Universitat: Universidad Autònoma de Barcelona
Any: 2016

Actualitat

Notícies

L’AIDAY 2026 ha posat en valor les iniciatives, infraestructures i projectes en IA que ja s’estan desenvolupant al Campus.

El Grup de Bioinformàtica Clínica i Translacional del VHIR s'ha encarregat de l’anàlisi computacional de dos estudis genètics internacionals liderats pel Children’s Hospital of Philadelphia.

El grup de Bioinformàtica Clínica i Translacional posa en marxa el projecte per utilitzar la intel·ligència artificial més puntera en la identificació de variants patogèniques.