|
Инструменты ИИ предсказывают регулирующую роль ДНК
|
|
|
|
Недавно разработанные программы искусственного интеллекта (ИИ) точно предсказали роль регуляторных элементов ДНК и трехмерной (3D) структуры, основываясь исключительно на ее исходной последовательности, согласно двум недавним исследованиям в Nature Genetics. Эти инструменты могут в конечном итоге пролить новый свет на то, как генетические мутации приводят к заболеваниям, и могут привести к новому пониманию того, как генетическая последовательность влияет на пространственную организацию и функцию хромосомной ДНК в ядре, сказал автор исследования Цзянь Чжоу, доктор философии, доцент. на кафедре биоинформатики Lyda Hill в UTSW.
|
|
|
|
«Вместе эти две программы дают более полную картину того, как изменения в последовательности ДНК, даже в некодирующих областях, могут иметь драматические последствия для ее пространственной организации и функционирования», — сказал доктор Чжоу, член Комплексного исследования Гарольда С. Симмонса. Онкологический центр, стипендиат Фонда Лупе Мерчисон в области медицинских исследований и стипендиат Техасского научно-исследовательского института рака (CPRIT).
|
|
|
Только около 1% ДНК человека кодирует инструкции по созданию белков. Исследования последних десятилетий показали, что большая часть оставшегося некодирующего генетического материала содержит регуляторные элементы, такие как промоторы, энхансеры, сайленсеры и инсуляторы, которые контролируют экспрессию кодирующей ДНК. Доктор Чжоу объяснил, как последовательность контролирует функции большинства этих регуляторных элементов.
|
|
|
|
Чтобы лучше понять эти регулирующие компоненты, он и его коллеги из Принстонского университета и Института Флэтайрон разработали модель глубокого обучения, которую они назвали Sei, которая точно сортирует эти фрагменты некодирующей ДНК по 40 «классам последовательностей» или должностям — например, в качестве энхансера для активность генов стволовых клеток или клеток головного мозга. Эти 40 классов последовательностей, разработанные с использованием почти 22 000 наборов данных из предыдущих исследований, изучающих регуляцию генома, охватывают более 97% генома человека. Более того, Sei может оценить любую последовательность по ее прогнозируемой активности в каждом из 40 классов последовательностей и предсказать, как мутации влияют на такую активность.
|
|
|
|
Применяя Sei к генетическим данным человека, исследователи смогли охарактеризовать регуляторную архитектуру 47 признаков и заболеваний, зарегистрированных в базе данных британского биобанка, и объяснить, как мутации в регуляторных элементах вызывают определенные патологии. Такие возможности могут помочь получить более систематическое понимание того, как изменения геномной последовательности связаны с болезнями и другими признаками. Результаты были опубликованы в этом месяце.
|
|
|
|
В мае д-р Чжоу сообщил о разработке другого инструмента под названием Orca, который предсказывает трехмерную архитектуру ДНК в хромосомах на основе ее последовательности. Используя существующие наборы данных последовательностей ДНК и структурные данные, полученные в результате предыдущих исследований, которые выявили изгибы, изгибы и повороты молекулы, доктор Чжоу обучил модель устанавливать связи и оценил способность модели предсказывать структуру в различных масштабах длины.
|
|
|
|
Полученные данные показали, что Orca с высокой точностью предсказал как малые, так и большие структуры ДНК на основе их последовательностей, в том числе для последовательностей, несущих мутации, связанные с различными состояниями здоровья, включая форму лейкемии и пороки развития конечностей. Orca также позволила исследователям выдвинуть новые гипотезы о том, как последовательность ДНК контролирует ее локальную и крупномасштабную трехмерную структуру.
|
|
|
|
Доктор Чжоу сказал, что он и его коллеги планируют использовать Sei и Orca, которые находятся в открытом доступе на веб-серверах и в виде открытого исходного кода, для дальнейшего изучения роли генетических мутаций в возникновении молекулярных и физических проявлений заболеваний. это может в конечном итоге привести к новым способам лечения этих состояний.
|
|
|
|
Источник
|
