AI が精神障害に関する新たな洞察を明らかにする

遺伝学研究における最近の進歩により、一般的な精神疾患の根底にある新しい遺伝子が発見された可能性があります。統合失調症と双極性障害は、世界中で 6,400 万人以上の人々に影響を与えています。これらの障害は遺伝の影響を強く受けます。しかし、統合失調症や双極性障害を発症するリスクを決定する遺伝子は存在しません。むしろ、多くの遺伝子がリスクに寄与している可能性があります。スタンフォード大学の研究者らは、人工知能を使用して、これらの精神疾患に寄与する可能性のあるヒトゲノム全体にわたる複雑な変異を発見しました。これ 新しい研究 遺伝的モザイクなどの受精後に起こる突然変異が、双極性障害や統合失調症を含む多くの精神疾患の原因である可能性があることを示唆しています。

ゲノムは、体内のすべての細胞に対する指示が記載された生きた本であると考えてください。私たちの遺伝子は章です。私たちは、生命の構成要素であるタンパク質を作るための指示を提供する約 20,000 個の遺伝子を持っています。しかし、私たちの遺伝子の大部分は非コード遺伝子であり、タンパク質に指示を与えないことを意味します。それにもかかわらず、これらの遺伝子は遺伝学と細胞機能の調節において重要な役割を果たしています。

コーディング領域または非コーディング領域の遺伝子変異またはスペルの変更は、細胞が特定の命令を翻訳する方法に干渉する可能性があります。小さなタイプミスは、本の読み方にほとんど影響を与えない可能性があります。ただし、スペルを大幅に変更すると、文の削除、さらには章全体の削除につながる可能性があります。特定のタンパク質を生成するための正しい指示がなければ、このようなスペルの変更は、私たちの体のさまざまな側面に影響を与える疾患の原因となる可能性があります。

私たちの遺伝子は、両親から受け継いだ DNA の組み合わせです。私たちはそれぞれの遺伝子のコピーを 2 つ持っています。1 つは母親から、もう 1 つは父親からです。これらのランダムに組み合わされた遺伝子ペアは、髪の質感、目の色、さらには健康上のリスクなどの形質を決定します。一部の形質は優性であり、発現には変異体のコピーが 1 つだけ必要であることを意味します。他のものは劣性であり、両方のコピーが同じである場合にのみ表示されます。これはメンデル遺伝と呼ばれ、エンドウ植物で遺伝子がどのように受け継がれるかについてグレゴール・メンデ博士が最初に観察したことにちなんで名付けられました。

生命の初期段階では、DNA は複数回の複製を受けます。何兆回もの細胞分裂が起こり、その過程で 1 つの細胞が 2 つの同一の娘細胞に分裂します。しかし、DNA の複製には間違いが起こりがちです。細胞が分裂するたびに、ゲノムに小さなスペルミスが生じます。したがって、妊娠の最初の学期中の急速な複製により、母親や父親には見られない多くの遺伝的変化が導入される可能性があります。これは遺伝的モザイクとして知られており、2 つ以上の遺伝的に異なる細胞集団が体内で発現されます。モザイクは、以下に示すように、2 つの異なる色の目、または交互の肌のパターンとして表示されることがあります。発達遅延、自閉症、てんかん、一部のがんなど、多くの症状もモザイク現象と関連しています。私たちは皆、体内にある程度の遺伝的モザイクを持っています。一卵性双生児が異なる指紋を持つ可能性があるのはこのためです。

遺伝子変異は個人の生涯を通じて獲得され、ゲノムのモザイクをさらに変化させることもあります。 DNA の変化は、化学物質や放射線への曝露、あるいは宿主細胞の遺伝物質を破壊する B 型肝炎や C 型肝炎などの感染によって生じることがあります。他のバリアントはランダムに取得されます。 DNA は複製やその他の正常な細胞機能中にエラーを引き起こす可能性があります。この損傷は、炎症、老化、喫煙や不適切な食生活などのライフスタイルの選択によって悪化します。したがって、どの変異が特定の疾患に寄与しているかを正確に特定することは、非常に複雑なプロセスとなる場合があります。

全ゲノム配列決定 (WGS) は、DNA の小さな変化を特定するのに役立ちます。この遺伝子検査では、血液または綿棒検査から採取したサンプルを使用して、個人の全ゲノムをマッピングします。全ゲノム配列決定では、DNA の各章を構成する正確な配列が抽出されます。抽出された配列は、典型的なヒトゲノムからの参照遺伝子と比較されます。個人のゲノムと参照ゲノムに差異があると、疾患に関連する可能性のある潜在的な変異が明らかになります。

この研究の上級著者でスタンフォード大学准教授のアレクサンダー・アーバン氏は、次のように述べています。単語がスクランブルされていたり、重複していたり、順序が間違っていたりすることを見落としており、章の半分が過ぎていることすら見逃してしまうかもしれません。」実際、特定の疾患は、個人の遺伝子における長く複雑なスペルの変更に関連している可能性があります。複数の遺伝子にわたる変異が複数の疾患と重複する可能性があるという事実により、事態はさらに複雑になります。

多くの精神疾患は、類似した遺伝子にわたる複数の変化の影響を受けています。双極性障害と統合失調症は、ヒトゲノムの複雑さの代表的な例です。リスクの一因となる遺伝子変異が何百も特定されています。これらの遺伝子の多くは、脳の発達、免疫系の調節、およびニューロンのシグナル伝達経路に関連しています。特にAKAP11遺伝子は双極性障害の強力な危険因子であることがわかっているが、マウスを使った最近の研究では、この遺伝子が統合失調症にも関与している可能性があることが示唆されている。この遺伝子のスペルの変化が他の高リスク変異とどのように相互作用するかを理解することは、何が精神症状の発症を誘発するのかを解読するのに役立つ可能性がある。

Zhou らの研究では、彼らは世界中の 4,000 人を超える個人のゲノムを比較しました。全ゲノム配列決定を使用して、それらの全 DNA 配列が抽出されました。その後、データは、さまざまな祖先にわたる数十のゲノムを認識するように訓練された AI アルゴリズムにアップロードされました。このアプローチにより、研究者は大規模で複雑な遺伝子変異を特定の健康状態と照合できるようになりました。

この研究では、双極性障害または統合失調症と診断されている人を特に集め、健康な対照者と比較した。このタイプのアプローチは、ゲノムワイド関連研究 (GWAS) として知られています。ゲノムワイド関連研究では、特定の疾患を持つ個人の遺伝子を対照の大規模コホートと比較します。このアプローチでは、亜種がどこにあるかを知ることができますが、この情報は多くの場合正確ではありません。たとえば、この本の 122 ページ、296 ページ、731 ページにスペルの変更があることはわかりますが、どのようなタイプの間違いが含まれているかはわかりません。 Zhouらによって開発されたAIアルゴリズム。 al はさらに具体性を追加します。変更された単語や文が強調表示され、スクランブル、複製、または削除されているかどうかが報告されます。

AI ツールは 85% 以上の精度で、8,000 を超える複雑な亜種を識別しました。これらのスペル変更の多くは、脳機能に指示を与えるゲノム領域で見つかりました。これらの変異が精神疾患に関連している可能性があるかどうかを判断するために、彼らは統合失調症または双極性障害に罹患した個人の脳組織サンプルから DNA を抽出しました。彼らが特定した複雑な変異は、これらの疾患の他のゲノムワイド関連研究で見つかった単一変異と重複しているようでした。たとえば、統合失調症や双極性障害と相関があることが判明した複雑な変異の 1 つは、DNA の基本単位である 4,700 塩基対の長さでした。本で例えると、塩基対は本の中の単語のようなものです。

遺伝子研究における新たな革新により、ヒトゲノムへの理解が深まりつつあります。 AI テクノロジーは、膨大な量の遺伝子データを分析することにより、大きな変異と特定の精神障害との間の複雑な関係を明らかにしています。これにより、これらの疾患の遺伝的基盤についての理解が深まるだけでなく、個別化医療への道も開かれます。ヒトゲノムのさらなる解明が進むにつれ、将来の研究により、さまざまな疾患の遺伝的基盤についてのより深い洞察が明らかになる可能性があります。