Искусственный интеллект выявил скрытые ДНК-конструкции, управляющие работой генов

Международная группа ученых создала первую полную карту структуры ДНК (квадруплексов) и раскрыла неожиданную связь между этими структурами и регуляцией активности генов, особенно в раковых клетках, пишет Interesting Engineering. Результаты исследования опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.

Фото из открытых источников

Эти необычные трехмерные образования возникают временно, формируясь из участков ДНК, богатых нуклеотидом гуанином. Они действуют как своеобразные ориентиры для белков, регулирующих активность генов, направляя их к нужным участкам генетического материала. Из-за своей нестабильной природы традиционные методы картирования ДНК не позволяли получить полную картину распределения квадруплексов по всему геному.

Для решения проблемы исследователи применили искусственный интеллект, адаптировав специально разработанный алгоритм DNABERT, первоначально созданный для анализа последовательностей ДНК. Обучив модель на самой большой доступной базе экспериментально подтвержденных квадруплекс-образующих структур, ученые смогли предсказать местоположение около 360 тысяч таких образований по всей длине человеческого генома.

Исследователи обнаружили удивительную закономерность: большинство квадруплексов образуют пары, связывая участки, инициирующие начало транскрипции, с близлежащими энхансерами, усиливающими экспрессию генов. 

Особое внимание было уделено роли квадруплекс-пар в развитии рака. Ученые сопоставили карты квадруплексов с данными секвенирования отдельных клеток шести типов тканей. Оказалось, что в нормальных клетках эти парные структуры связаны с тканеспецифическими функциями организма. Однако в опухолевых клетках ситуация кардинально меняется: пары начинают активировать универсальные программы роста и деления клеток, способствующие быстрому развитию опухоли независимо от исходной ткани.

По словам директора Центра биомедицинских исследований и технологий Высшей школы экономики Марии Попцовой, понимание роли квадруплекс-пар в регуляции генов открывает новые возможности для разработки методов лечения рака, нацеленных именно на эти специфичные структуры ДНК.

Источник