هوش مصنوعی راز ۳۶۰ هزار گره DNA را فاش کرد

دانشمندان با استفاده از هوش مصنوعی موفق شدند نقشه‌ای جامع از ساختار‌های گره‌ای DNA موسوم به چهارگانه‌ها یا quadruplexes تهیه کنند؛ ساختار‌هایی که نقش مهمی در روشن یا خاموش شدن ژن‌ها دارند و رفتار سلول‌های سرطانی را تغییر می‌دهند.

این دستاورد درک محققان از تنظیم ژن‌ها در سلول‌های سالم و سرطانی را متحول کرده است.

به گزارش interesting engineering، ساختار‌های چهارگانه زمانی شکل می‌گیرند که مناطق غنی از گوانین DNA به لایه‌های روی هم تا می‌شوند و گره‌های سه‌بعدی ایجاد می‌کنند. این گره‌ها به‌عنوان نشانه‌هایی برای پروتئین‌های تنظیم‌کننده ژن عمل کرده و آنها را به بخش‌های صحیح ژن هدایت می‌کنند.

چالش اصلی پیشین این بود که چهارگانه‌ها بسیار ناپایدارند و سریع شکل گرفته و ناپدید می‌شوند؛ بنابراین ابزار‌های معمول نقشه‌برداری ژنوم قادر به ثبت کامل آنها نبودند و تنها بخش محدودی از فعالیتشان قابل مشاهده بود.

هوش مصنوعی نقشه کامل را کشف کرد

برای حل این مشکل تیم بین‌المللی تحقیقاتی از جمله محققانی از دانشگاه HSE مدل ژنومی DNABERT را با داده‌های اختصاصی چهارگانه‌ها بازآموزش دادند و مدل جدیدی به نام GQ DNABERT ایجاد کردند. این مدل با بررسی زمینه ژنومی اطراف هر توالی DNA پیش‌بینی می‌کند که چه مناطقی احتمال شکل‌گیری چهارگانه را دارند.

با استفاده از این روش محققان توانستند حدود ۳۶۰ هزار چهارگانه را شناسایی کنند که بسیار فراتر از آن چیزی است که روش‌های آزمایشی به تنهایی قادر به شناسایی آن بودند.

تحلیل داده‌ها نشان داد که چهارگانه‌ها اغلب در بخش‌های پروموتر‌ها یعنی نقاط آغازین رونویسی ژن و همچنین در Enhancer‌ها عناصر تقویت‌کننده فعالیت ژن حضور دارند. نکته شگفت‌انگیز این بود که بسیاری از این چهارگانه‌ها به‌صورت جفتی عمل می‌کنند و پروموتر و Enhancer را به هم پیوند می‌دهند تا فعالیت ژن را مشترکا تنظیم کنند.

تغییرات در سلول‌های سرطانی

با مقایسه نقشه چهارگانه‌ها با داده‌های توالی‌یابی تک‌سلولی شش نوع بافت مختلف مشخص شد که در سلول‌های سالم این جفت‌ها با ژن‌هایی مرتبط هستند که نقش‌های ویژه بافتی دارند؛ مانند عملکرد‌های عصبی در مغز پاسخ‌های ایمنی در خون و فعالیت اپیتلیال در روده اما در سلول‌های سرطانی هرچند تعداد جفت‌های چهارگانه تقریبا مشابه بود ژن‌هایی که کنترل می‌کردند تغییر کرده و به برنامه‌های رشد عمومی سلول‌ها منتقل شده بودند. 

 ماریا پوپتسووا، مدیر مرکز تحقیقات پزشکی و فناوری دانشگاه HSE می‌گوید: در سلول‌های سالم این جفت‌ها از تخصص‌بخشی بافت‌ها پشتیبانی می‌کنند، اما در سلول‌های سرطانی، به برنامه‌های تقسیم و رشد سریع سلول‌ها تبدیل می‌شوند و موجب پیشرفت تومور می‌گردند.

با روشن شدن نحوه بازنویسی تنظیم ژن‌ها توسط جفت‌های چهارگانه در بیماری این نقشه می‌تواند مسیر توسعه دارو‌های ضدسرطان را هموار کند به‌ویژه درمان‌هایی که به‌طور انتخابی این ساختار‌های DNA را هدف قرار می‌دهند.

این مطالعه با حمایت مالی مرکز تحقیقات هوش مصنوعی HSE انجام شده و در نشریه Nucleic Acids Research منتشر شده است.

انتهای پیام/