ガーバン研究所の研究者らは人工知能を利用して、DNAのいわゆる「ジャンク」領域に隠れた潜在的ながん誘発因子を発見し、診断と治療への新たなアプローチの可能性を切り開いた。
ガーバン医学研究所の新しい研究によると、タンパク質を作るための指示を含まないゲノムの98％である非コードDNAは、がんの診断と治療の新しいアプローチの鍵となる可能性がある。この研究結果は、 核酸研究これまで見過ごされてきたゲノム領域の変異が、前立腺がん、乳がん、大腸がんを含む少なくとも12種類のがんの形成と進行に寄与している可能性があることが明らかになった。
この発見は、多くの種類のがんに対する早期診断と効果的な新たな治療法につながる可能性がある。
非コード DNA は、その明らかな機能の欠如のため、かつては「ジャンク DNA」として無視されていました。私たちの研究では、これらの DNA 領域に変異が見つかり、がん治療へのまったく新しい普遍的なアプローチが生まれる可能性があります。」
ガーバンの研究員であり、本研究の共同責任著者であるアマンダ・コーリー博士
がんにおけるDNA「アンカー」の破壊を調査
研究者らは、長い DNA 鎖を特定の形状に折り畳むのに役立つ CTCF と呼ばれるタンパク質の結合部位に影響を及ぼす変異に注目した。以前の研究で、研究者らは、これらの結合部位が DNA の離れた部分を近づけ、どの遺伝子がオンまたはオフになるかを制御する 3D 構造を形成することを発見した。
「私たちはすでに、CTCF 結合部位のサブセットを特定していました。これらは『持続的』で、ゲノム内でアンカーのように機能し、さまざまな細胞タイプに存在しています」と、Khoury 博士は言います。「これらのアンカーに欠陥が生じると、ゲノムの正常な 3D 構成が乱れ、がんを引き起こす可能性があると私たちは仮説を立てました。」
これを検証するために、研究者らはCTCF-INSITEと呼ばれる新しい高度な機械学習（AI）ツールを開発しました。このツールはゲノムとエピゲノムの特徴を使用して、合計12種類のがんにおいてどのCTCF部位が永続的なアンカーになる可能性が高いかを予測します。次に、国際ゲノムコンソーシアムのデータベースから入手可能な、12種類のがんと診断された患者の腫瘍サンプル3000個以上を評価し、永続的なアンカーに変異が豊富であることを発見しました。
「機械学習ツールを使って、12種類のがん種で持続的なCTCF結合部位を特定しました」と研究の筆頭著者であるウェンハン・チェン博士は言う。「驚くべきことに、すべてのがんサンプルで持続的なCTCF結合部位に少なくとも1つの変異があることがわかったのです。」
「この研究により、持続的なCTCF結合部位が癌における『変異ホットスポット』であることが確認されました。これらの変異により癌細胞は生存上の優位性を獲得し、増殖して広がると考えられます」とコウリー博士は付け加えた。
普遍的な癌治療アプローチに向けて
この発見は、多くの種類のがんの理解と治療に幅広い影響を与える可能性がある。「新しいがん治療のほとんどは、異なる腫瘍の種類に必ずしも共通しているわけではない特定の変異を注意深く標的にする必要があるが、これらのCTCFアンカーは複数の異なるがんの種類にわたって変異しているため、複数のがんに効果のあるアプローチを開発する可能性が開かれている」と、ガーバンのがんエピジェネティクス研究室長でこの研究の主著者であるスーザン・クラーク教授は述べている。
研究者らは現在、CRISPR 遺伝子編集を使用したさらなる大規模実験を計画しており、これらのアンカー変異がどのように 3D ゲノムを破壊し、がんの増殖を促進する可能性があるのかを調査する予定です。
「ゲノムの重要なアンカーと思われるものを発見し、それがゲノム構造の恒常性維持に重要であることがわかったので、これらの非コード DNA 変異が癌細胞におけるこの恒常性を乱すのは当然です。この仮説は、それらを編集して排除するときに検証します」とクラーク教授は述べています。「下流への影響を観察し、変異の影響を受ける主要な遺伝子または遺伝子経路を特定し、癌の早期発見のマーカーや新しい治療法のターゲットとして役立つことを期待しています。」
「膨大なデータに隠されていたこれらの手がかりを発見したことは、人工知能が医学研究をいかに促進しているかを示す強力な例です」と彼女は言う。「これは癌研究におけるまったく新しい領域であり、私たちはこれをさらに探求することに興奮しています。」
ソース：
ジャーナル参照:
チェン、W.、 等 (2024) 機械学習により、CTCF結合部位の変異ホットスポットを癌全体で特定することが可能に。 核酸研究。 翻訳：。
1719978043
#AIがDNAのジャンク領域に隠れた潜在的ながんの原因を発見
2024-07-03 03:28:00