צוות מחקר של ייל יצר כלי מחשב חדש שיכול להצביע כאשר בדיוק גנים נדלקים ומכבים לאורך זמן במהלך התפתחות המוח – ממצא שעשוי יום אחד לעזור לרופאים לזהות את החלון האופטימלי לפריסת טיפולי טיפול גנים.
המכונה "Chronode", הכלי משתמש בלמידה במתמטיקה ולמידה במכונה כדי לדגמן כיצד פעילות גנים וכרומטין (תערובת ה- DNA והחלבון היוצרת כרומוזומים) משתנים לאורך זמן. הכלי עשוי להציע מגוון יישומים במודלים של מחלות ומחקר גנומי בסיסי ואולי להוביל לשימושים טיפוליים עתידיים.
בעיקרון, יש לנו משוואה שיכולה לקבוע את הרגע המדויק של הפעלת גנים, העשויה להכתיב צעדים חשובים כמו המעבר משלב התפתחותי או מחלה למשנהו. כתוצאה מכך, הדבר עשוי לייצג דרך פוטנציאלית לזהות, בעתיד, נקודות קריטיות להתערבות טיפולית. "
מור פרנק, עמית פוסט-דוקטורט במחלקה לביו-פיזיקה וביוכימיה בפקולטה לאמנויות ומדעים של ייל (FAS) ומחבר לימוד משותף
תוצאות המחקר פורסמו ב -19 באוגוסט בכתב העת תקשורת טבע.
לצורך המחקר, צוות המחקר רצה לקבוע לא רק כַּאֲשֵׁר גנים מפעילים, אך אֵיך ההפעלה שלהם משתנה במהלך התפתחות המוח. הגנים מפעילים בנקודות שונות בהתפתחות התאים, אך מיפוי התפתחות הגנים היה קשה. ומחקרי העבר התמקדו ברגעים מבודדים בזמן, לא כיצד ביטוי גנים מתפתח לאורך זמן.
במקרה זה, החוקרים השתמשו במשוואה לוגיסטית (משוואה מתמטית שימושית למודלים של תהליכים דינמיים) כדי למדוד מתי וכיצד גנים במהירות מדליקים ומכבים בפיתוח מוח עכבר. הם גילו שרוב הגנים עוקבים אחר דפוסי הפעלה פשוטים והדרגתיים, וכי ניתן לקבץ גנים לתת -סוגים, כולל מאיצים המזרזים בשלבי התפתחות מאוחרים; מתגים שמאיצים ואז מאטים; והדפנים שפשוט מאטים.
לאחר מכן פיתחו החוקרים מודל AI כדי לחזות ביטוי גנים לאורך זמן על בסיס שינויים בכרומטין הסמוך. המודל עבד טוב, במיוחד עבור גנים עם ויסות מורכב יותר, והנוהל כולו קבע את שיטת הכרונודה.
הם גילו שרוב הגנים עוקבים אחר דפוסי התפתחות צפויים, המוכתבים על ידי תפקידם בתא וקובעים כמה מהר הם מגיעים להשפעה מקסימאלית על התא.
"במצב בו אתה מטפל במחלה גנטית, היית רוצה לכבות את הגן לפני שהוא יגיע למלוא הפוטנציאל שלו, שלאחריו מאוחר מדי", אמרה המחבר המשותף ביאטריס בורסארי, שהוא גם מקורב לאחר דוקטורט בביופיזיקה וביוכימיה.
"המשוואה שלנו תגיד לך בדיוק את נקודת המיתוג – או את הנקודה של ללא חזרה שאחריו לתרופה לא תהיה השפעה זהה על ביטוי הגן", אמר בורסארי.
"ישנם מקרים רבים שבהם לא רק חשוב לאפיין את הכיוון ההתפתחותי שאתה הולך, אלא גם כמה מהר אתה מגיע לנקודה מסוימת, וזה מה שהמודל הזה מאפשר לנו לעשות בפעם הראשונה", הוסיף מארק גרשטיין, פרופסור אלברט ל. וויליאמס למידע ביו -רפואי ובמדע ביולוגי, ומדעי הרפואה, במדעי המחשבים, במדעי המחשבים, במדעי המחשבים, במדעי המחשבים, במדעי המחשבים, בביץ ', ביוכימיה, בביץ', ביוכימיה, ביוכימיה, ביוכימיה, ביוכימיה, ביוכימיה, ביוכימיה, ביוכימיה, ביוכימיה, ביוכימיה, ביוכימיה, ביוכימיה, ביוכימיה, בביץ ', במדעי הרפואה, מחבר.
בורסארי ופרנק מדגישים כי היישומים הפוטנציאליים באזור הפרמקוקינטטי הם מרכזיים.
חוקרים כינו את השיטה החדשה שלהם "Chronode", שם שממזג את מושג הזמן (כרונוס הוא אל הזמן במיתולוגיה היוונית) עם המסגרת המתמטית של משוואות דיפרנציאליות רגילות (Odes.)
"אנו מנתחים נתונים ביולוגיים של סדרת זמן באמצעות ה- ODE הלוגיסטי", אמר בורסארי. "במובן מסוים, השם לוכד את האופי הרב -תחומי של המחקר שלנו. אנו עובדים במקום בו הביולוגיה פוגשת את היופי של מתמטיקה. אנו משתמשים במודלים מתמטיים כדי לתאר ולחזות תופעות ביולוגיות מורכבות – במקרה שלנו, דפוסים זמניים בנתונים גנומיים."
בורסארי הוא ביולוג חישובי עם מומחיות בגנטיקה וביואינפורמטיקה, ואילו פרנק הוא מהנדס ביו -רפואי עם בסיס חזק בלימוד מכונות ומתמטיקה. "הכישורים המגוונים שלנו יוצרים שיתוף פעולה סינרגיסטי מאוד, ואנחנו לומדים הרבה אחד מהשני", אמר בורסארי.
מחברי המחקר האחרים כוללים מקורבי מחקר איוה ס. וואטנברג, KE XU, סוזנה X. ליו ו- Xuezhu Yu.
