165 нових генів раку ідентифіковані за допомогою машинного навчання

Раніше невідомі гени

Новий алгоритм може передбачити, які гени викликають рак, навіть якщо

послідовність ДНК не змінилася.Команда дослідників в Берліні об'єднала різні дані і проаналізувала їх за допомогою «штучного інтелекту», щоб виявити велику кількість онкогенів. Це відкриває нові перспективи в розробці цільових методів лікування раку і біомаркерів в персоналізованої медицини.

При раку клітини розмножуються і проникають в тканини,руйнуючи органи і тим самим порушуючи їх життєво важливі функції. Необмежене зростання зазвичай викликаний накопиченням змін ДНК в онкогенах, мутаціях в цих генах, які і керують розвитком клітин. Однак у деяких видів раку дуже мало мутованих генів. Це означає, що інші причини призводять до небезпечного захворювання.

Група дослідників з Інституту молекулярноїгенетики Макса Планка (MPIMG) в Берліні та Інституту обчислювальної біології в Гельмгольца, використовує методи машинного навчання для ідентифікації 165 раніше невідомих генів раку. Для аналізу даних дослідники спеціальний алгоритм.

Послідовності цих генів не обов'язковозмінюються. Очевидно, що порушення їх регуляції вже може привести до раку. Все недавно ідентифіковані гени тісно взаємодіють з добре відомими онкогенами. Вони необхідні для виживання пухлинних клітин, показали експерименти на клітинних культурах показали.

Додаткові цілі для персоналізованої медицини

Алгоритм під назвою EMOGI в ExplainableMulti-Omics Graph Integration може також пояснити взаємозв'язок між клітинними механізмами, які перетворюють ген в онкоген. Як пояснює група дослідників на чолі з Анналісой Марсіко в журналі Nature Machine Intelligence, програмне забезпечення об'єднує десятки тисяч наборів даних, створених із зразків пацієнтів. Сюди входить інформація про метилировании ДНК, активності окремих генів і взаємодіях білків усередині клітинного шляху, а також дані про послідовності з мутаціями. У цих даних алгоритми глибокого навчання виявляють закономірності і молекулярні принципи, які і призводять до розвитку раку.

На відміну від традиційних методів лікування раку,таких як хіміотерапія, індивідуальні методи лікування адаптовані до конкретного типу пухлини. «Наша мета - вибрати найкраще лікування для кожного пацієнта, найбільш ефективне лікування з найменшими побічними ефектами. Крім того, молекулярні властивості можна використовувати для виявлення раку, який вже знаходиться на ранніх стадіях », - пояснює Марсіко, глава дослідницької групи MPIMG.

«Тільки знаючи причину хвороби, ми зможемо ефективно протидіяти або виправити її, - пишуть дослідники. - Ось чому так важливо визначити якомога більше механізмів, що викликають рак ».

Кращі результати з комбінацією

«На сьогоднішній день більшість дослідженьзосереджено на патогенних зміни послідовності або клітинних схемах, - сказав Роман Шульте-Сассо, докторант в команді Марсіко і перший автор публікації. - У той же час нещодавно стало ясно, що епігенетичні порушення або дерегуляція активності генів також можуть привести до раку ».

Ось чому дослідники об'єднали даніпослідовності, що відображають збої схеми, з інформацією, яка представляє події в осередках. Спочатку вчені підтвердили, що мутації або розростання геномних сегментів насправді є основною причиною раку. Потім, на другому етапі, ми визначили гени-кандидати, які не дуже безпосередньо пов'язані з генами, насправді викликають рак.

«Наприклад, ми виявили ген при раку, у якогомало змінена послідовність, але він регулює подачу енергії і необхідний для пухлин, - говорить Шульте-Засс. - Ці гени можна контролювати іншими способами. Наприклад, це викликано хімічними змінами в ДНК, такими як метилювання. Ці зміни не зачіпають інформацію про послідовність, але домінують над активністю гена. Такі гени - багатообіцяючі цілі для відкриття нових ліків, але, оскільки вони працюють у фоновому режимі, їх можна знайти тільки за допомогою складних алгоритмів ».

подальші дослідження

Нова програма дослідників додає чималонових записів в список підозрілих онкогенов. Тільки за останні роки він зріс з 700 до 1 000. Дослідники відстежували приховані гени тільки за допомогою комбінації біоінформатіческого аналізу і сучасних методів штучного інтелекту (ІІ).

В даних приховано ще багато цікавих деталей.«Ми бачимо багато закономірностей, характерні для раку, - говорить Марсіко. - Я думаю, це доказ того, що пухлини викликаються різними молекулярними механізмами в різних органах ».

Дослідники підкреслюють, що програма EMOGIне обмежується раком. Теоретично його можна використовувати для інтеграції різних наборів біологічних даних і пошуку закономірностей. Алгоритми застосовні до аналогічних складних захворювань.

Читати далі

Створено першу точна карта світу. Що не так з усіма іншими?

Інфрачервоне випромінювання від рук людини використовували для шифрування

Уран отримав статус самої дивної планети в Сонячній системі. Чому?