Расшифровка «коммутатора» генома: как ИИ помогает понять регуляцию генов

Учёные из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли и Стэнфордского университета получили новые данные о том, как регуляторные последовательности — энхансеры — управляют экспрессией генов во время эмбрионального развития. Их работа, опубликованная в Nature, показывает, что для правильного управления экспрессией необходимы несколько коротких модульных последовательностей внутри энхансера, и даже однонуклеотидная мутация в одной из этих областей может изменить то, как и где активируется ген.

Ключевые выводы:

• Исследователи изучили на мышиной модели семь человеческих энхансеров, управляющих развитием мозга, сердца, конечностей и лица.
• Создав множество различных мутаций в этих энхансерах, они наблюдали изменения в развивающихся тканях по всему телу.
• В одном из примеров изменения в энхансере, связанном с формированием структур лица и конечностей, привели к его активации в тканях сердца и нервной системы.
• «Тот факт, что даже мутация в одной паре оснований может изменить место активации энхансера в организме, имеет глубокие последствия для изучения заболеваний человека и разработки генной терапии», — отметил соавтор Лен Пеннаккио.

Роль искусственного интеллекта:

Используя большой экспериментальный набор данных, созданный командой из Беркли, коллеги из Стэнфорда разработали и протестировали модель машинного обучения. Хотя модель смогла выявить многие функционально важные области энхансеров, она пропустила некоторые последовательности, критически важные согласно экспериментальным данным.

«Доступные в настоящее время модели говорят правду, но не всю правду», — пояснил первый автор Майкл Косицки. Выявление этих «слепых зон» моделирования поможет улучшить алгоритмы в будущем. Исследование подчёркивает, что даже лучшим прогностическим моделям необходимо опираться на экспериментальную биологию.