健康

AI がアルツハイマー病を引き起こす隠れた遺伝子制御センターを明らかにする

カリフォルニア大学アーバイン校のジョー・C・ウェン人口・公衆衛生大学院のミン・チャン氏とダバオ・チャン氏率いるチームは、アルツハイマー病に罹患した脳細胞において遺伝子がどのように相互に直接影響し合っているかを示す、これまでで最も包括的なマップを開発した。これらのマップは、遺伝子のつながりを特定するだけではありません。彼らは、脳内のさまざまな種類の細胞にわたって、どの遺伝子が他の遺伝子を積極的に制御しているかを明らかにします。 これを達成するために、研究者らは SIGNET と呼ばれる機械学習プラットフォームを作成しました。一緒に動くように見える遺伝子を検出するだけの従来のツールとは異なり、SIGNET は真の因果関係を明らかにするように設計されています。このアプローチを使用して、研究チームは、記憶喪失と脳組織の段階的な破壊に寄与する可能性がある重要な生物学的経路を特定しました。 調査結果は、 アルツハイマー病と認知症: アルツハイマー病協会ジャーナル。この研究は、将来の治療の有望な標的となる可能性がある新たに同定された遺伝子にも焦点を当てています。資金援助の一部は国立老化研究所と国立がん研究所から提供されました。 アルツハイマー病において遺伝子制御を理解することがなぜ重要なのか アルツハイマー病は認知症の主な原因であり、2060年までに1,400万人近くのアメリカ人が罹患すると予想されている。科学者らはAPOEやAPPなどのいくつかの遺伝子をアルツハイマー病と関連付けているが、これらの遺伝子がどのようにして正常な脳機能を妨げるのかはまだ完全には理解していない。 「アルツハイマー病では、さまざまな種類の脳細胞がそれぞれ異なる役割を果たしていますが、それらが分子レベルでどのように相互作用するかは依然として不明です」と、共連絡著者で疫学・生物統計学のミン・チャン教授は述べた。 「私たちの研究は、アルツハイマー病の脳における遺伝子調節の細胞型特異的マップを提供し、相関関係の観察から病気の進行を積極的に引き起こす原因メカニズムの解明へと分野を移行させています。」 SIGNET が遺伝子間の因果関係を明らかにする仕組み これらの詳細なマップを構築するために、チームは、宗教教団研究およびラッシュ記憶と老化プロジェクトとして知られる長期老化研究に登録した272人の参加者から提供された脳サンプルからの単細胞分子データを分析した。 SIGNET は、単一細胞 RNA シーケンスと全ゲノム シーケンス データを組み合わせた、スケーラブルな高性能コンピューティング システムとして設計されました。この統合により、研究者らはゲノム全体にわたる遺伝子間の因果関係を検出できるようになりました。 この方法を使用して、彼らは 6 つの主要な脳細胞タイプの原因遺伝子制御ネットワークを構築しました。これにより、どの遺伝子が他の遺伝子の活性を指示している可能性が高いかを判断することが可能になりましたが、これは従来の相関関係に基づく方法では確実に達成することができませんでした。 「ほとんどの遺伝子マッピングツールは、どの遺伝子が一緒に動くかを示すことはできるが、どの遺伝子が実際に変化を引き起こしているのかを知ることはできない」と、共催著者で疫学・生物統計学の教授であるダバオ・チャン氏は言う。 「一部の手法では、遺伝子間のフィードバックループを無視するなど、非現実的な仮定を立てています。私たちのアプローチは、DNAにコード化された情報を利用して、脳内の遺伝子間の真の因果関係を特定できるようにします。」 興奮性ニューロンにおける主要な遺伝子再配線 研究者らは、最も重大な遺伝子破壊が興奮性ニューロン（活性化信号を送る神経細胞）で発生していることを発見した。そこでは、約6,000の因果関係の相互作用により、アルツハイマー病の進行に伴う広範な遺伝子の再配線が明らかになった。 研究チームはまた、中心調節因子として機能し、他の多くの遺伝子に影響を与え、脳の有害な変化において重要な役割を果たしている可能性が高い数百の「ハブ遺伝子」を特定した。これらのハブ遺伝子は、早期診断や将来の治療の貴重な標的となる可能性があります。この研究はさらに、抑制性ニューロンの他の遺伝子を強力に制御することが示されたAPPなどのよく知られた遺伝子の新たな調節的役割を明らかにした。 結論を強化するために、研究者らは人間の脳サンプルの独立したセットを使用して研究結果を検証しました。この追加の確認により、観察された遺伝子関係がアルツハイマー病に関与する真の生物学的メカニズムを反映しているという確信が高まります。 SIGNET は、アルツハイマー病以外にも、がん、自己免疫疾患、精神的健康状態など、他の複雑な病気の研究にも応用できる可能性があります。 #がアルツハイマー病を引き起こす隠れた遺伝子制御センターを明らかにする