ایجاد اولین نقشه جامع کوادروپلکس DNA با کمک هوش مصنوعی

01

از 02

چگونگی ایجاد اولین نقشه جامع کوادروپلکس DNA

کوادروپلکس زمانی شکل می‌گیرد که نواحی DNA غنی از گوانین، لایه‌های روی هم انباشته شده و گره‌های سه‌بعدی ایجاد کنند. این ساختارها به‌ عنوان نشانگرهایی برای پروتئین‌های تنظیم‌کننده ژن عمل می‌کنند و آنها را به مکان‌های ژنتیکی صحیح هدایت می‌نمایند. به دلیل تفاوت زیرمجموعه‌های شناسایی‌شده در آزمایش‌های مختلف، تهیه یک نقشه کامل همیشه دشوار بود. پژوهشگران برای غلبه بر این مشکل، مدل زبانی ژنومی DNABERT را با داده‌های اختصاصی کوادروپلکس‌ها دوباره آموزش دادند.

ماریا پاپتسووا، مدیر مرکز تحقیقات و فناوری زیست‌پزشکی دانشکده علوم کامپیوتر HSE گفت: «ما در مطالعه خود، DNABERT را روی EndoQuad، بزرگ‌ترین پایگاه داده کوادروپلکس‌های تاییدشده تجربی جهان آموزش دادیم، که باعث ایجاد مدل GQ-DNABERT شد. این مدل قادر است توالی‌های DNA را ارزیابی نماید و پیش‌بینی کند که احتمال شکل‌گیری کوادروپلکس در کدام مناطق وجود دارد.»

بیشتر بخوانید: اولین داروی ترمیم کننده DNA در جهان معرفی شد

برای مطالعه بیشتر: آمریکا اولین سامانه ذخیره‌سازی مبتنی بر DNA را معرفی کرد

برخلاف الگوریتم‌های ساده‌تر، GQ-DNABERT زمینه DNA اطراف را نیز در نظر می‌گیرد، که تعیین‌کننده این است که آیا یک توالی واقعا به کوادروپلکس تبدیل می‌شود یا خیر. این روش به تیم اجازه داد که حدود ۳۶۰ هزار کوادروپلکس را پیش‌بینی کند. همچنین این مدل نشان داد که کوادروپلکس‌ها بیشتر در پروموترها حضور دارند، مناطقی که رونویسی ژن از آن آغاز می‌شود، اما یافته شگفت‌آور این بود که بسیاری از آنها در عناصر تقویتی مجاور نیز یافت شده‌اند، بخش‌هایی از DNA که فعالیت ژن را تقویت می‌کنند.

02

از 02

ارتباط بین سرطان و گره DNA

پژوهشگران کشف کردند که کوادروپلکس‌ها اغلب به‌ صورت هم‌زمان در پروموترها و عناصر تقویتی شکل می‌گیرند و ساختارهای جفتی ایجاد می‌کنند، که به‌ طور هماهنگ ژن‌ها را تنظیم می‌نمایند. تیم تحقیقاتی برای بررسی نقش بیولوژیکی این ساختارها، نقشه کوادروپلکس‌ها را بر داده‌های توالی‌یابی تک‌سلولی از شش نوع بافت منطبق کرد. در بافت‌های سالم، این جفت‌های پروموتر–عنصر تقویتی با ژن‌هایی مرتبط بودند که عملکردهای خاص بافت را هدایت می‌کردند. اما در سلول‌های سرطانی، داستان متفاوتی مشاهده شد. اگرچه تعداد جفت‌ها تقریبا مشابه بود، اما ژن‌هایی که تحت کنترل آنها بودند به‌ طور چشمگیری به سوی برنامه‌های رشد عمومی تغییر کردند.

پاپتسووا توضیح داد: «در سلول‌های طبیعی، این جفت‌ها با برنامه‌های اختصاصی بافت مرتبط‌ هستند، اما در سلول‌های سرطانی با فرایندهای عمومی تقسیم و رشد سلولی مرتبط می‌شوند، که تکثیر تومور را بدون توجه به منشاء بافت هدایت می‌کند.» به بیان دیگر، در سلول‌های سالم این جفت‌ها تخصص بافت را تقویت می‌کنند، اما در سرطان، بخشی از برنامه‌های کلی برای تقسیم سریع سلولی می‌شوند. این نقشه کوادروپلکس DNA با روشن ساختن نحوه بازنویسی تنظیم ژن توسط جفت‌های کوادروپلکس در بیماری، می‌تواند راهنمای توسعه درمان‌های ضدسرطان آینده باشد، که به‌ صورت انتخابی این ساختارهای DNA را هدف قرار می‌دهند.

این مطالعه با حمایت مرکز تحقیقات هوش مصنوعی HSE انجام شد و در مجله Nucleic Acids Research منتشر گردید.