Neuroscience News logo for mobile.

الكشف عن عوامل مرض الزهايمر الخاصة بالجنس باستخدام الذكاء الاصطناعي

ملخص: تستخدم دراسة جديدة التعلم الآلي التطوري (EAML) لاستكشاف الجينات الخاصة بالجنس التي تساهم في مرض الزهايمر (AD).

وجد الباحثون 98 جينة مرتبطة بمرض الزهايمر ، بعضها أثر على تطور المرض بشكل مختلف لدى الرجال والنساء.

يسلط هذا الاختراق الضوء على التأثيرات المختلفة لمرض الزهايمر على الرجال والنساء. يمكن للنتائج أن توجه الاستراتيجيات العلاجية والتجارب السريرية المستقبلية.

يسلط الضوء:

  1. استخدم البحث أداة جديدة للتعلم الآلي تسمى “التعلم الآلي للعمل التطوري” (EAML) لتحديد العوامل الوراثية التي تؤثر على خطر الإصابة بمرض الزهايمر (AD) بشكل منفصل لدى الرجال والنساء.
  2. حددت الدراسة 98 جينًا مرتبطًا بمرض الزهايمر ، يلعب العديد منها أدوارًا مهمة في بيولوجيا الزهايمر. حددت الدراسة المنفصلة بين الجنسين 157 جينة مرتبطة بمرض الزهايمر عند الرجال و 127 عند النساء.
  3. أظهر EAML القدرة التنبؤية حتى عند اختباره بأحجام عينات أصغر ، مما يجعله أكثر كفاءة من الخوارزميات التنبؤية الحالية للدراسات الجينية.

مصدر: مستشفى تكساس للأطفال

مرض الزهايمر (AD) هو مرض تنكس عصبي معقد من أصل وراثي وبيئي. تعاني النساء من تدهور إدراكي وضمور دماغي أسرع من الرجال ، في حين أن معدلات الوفيات لدى الرجال أعلى.

باستخدام طريقة جديدة للتعلم الآلي طوروها تسمى “التعلم الآلي للعمل التطوري (EAML)” ، اكتشف باحثون من كلية بايلور للطب ومعهد جان ودان دنكان للأبحاث العصبية (Duncan NRI) في مستشفى تكساس للأطفال جينات وجزيئات خاصة بالجنس المسارات التي تساهم في تطور وتطور هذا المرض.

تم نشر الدراسة في التواصل مع الطبيعة.

قال الدكتور أوليفييه ليشتارج ، دكتوراه في الطب: “لقد طورنا برنامجًا فريدًا للتعلم الآلي يستخدم مقياسًا تنبئيًا حسابيًا متقدمًا يسمى درجة العمل التطوري (EA) كميزة لتحديد العوامل الوراثية التي تؤثر على مخاطر مرض الزهايمر بشكل منفصل في الذكور والإناث”. ، دكتوراه ، أستاذ الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية في كلية بايلور للطب ، قال.

تضمنت مسارات محددة مسارات تتوسط في التهاب الأعصاب وبيولوجيا الخلايا الدبقية الصغيرة والنجومية ، بما يتوافق مع مشاركتها المحتملة في الفيزيولوجيا المرضية لمرض الزهايمر. الائتمان: أخبار العلوم العصبية

“يسمح لنا هذا النهج باستغلال كمية هائلة من البيانات التطورية بكفاءة ، حتى نتمكن الآن من فحص مجموعات أصغر بدقة أكبر وتحديد الجينات المتورطة في الاختلافات الخاصة بالجنس في مرض الزهايمر.”

EAML هو نهج حسابي جماعي يتضمن تسعة خوارزميات للتعلم الآلي لتحليل التأثير الوظيفي لمتغيرات الترميز غير المترادفة ، والتي تُعرَّف على أنها طفرات الحمض النووي التي تؤثر على بنية ووظيفة البروتين الناتج ، وتقدير تأثيرها الضار على العمليات البيولوجية باستخدام التطور. نتيجة العمل (EA).

استخدم Lichtarge وفريقه EAML لتحليل متغيرات الترميز في 2729 مريضًا بمرض الزهايمر و 2441 عنصر تحكم لتحديد 98 جينًا مرتبطًا بمرض الزهايمر.

وشمل ذلك العديد من الجينات المعروفة بأنها تلعب أدوارًا رئيسية في بيولوجيا الزهايمر ، مما يدعم القيمة الإجمالية للجمع بين نهج التعلم الآلي مع المعلومات التطورية للتطور الوراثي المدمجة في EA لتحديد الجينات والمسارات المتعلقة بمرض معقد مثل مرض الزهايمر.

كما أظهروا أن هذه الجينات أقامت روابط وظيفية ووجدوا أنه تم التعبير عنها بشكل غير طبيعي في الأدمغة المصابة بمرض الزهايمر.

تضمنت مسارات محددة مسارات تتوسط في التهاب الأعصاب وبيولوجيا الخلايا الدبقية الصغيرة والنجومية ، بما يتوافق مع مشاركتها المحتملة في الفيزيولوجيا المرضية لمرض الزهايمر.

بعد ذلك ، تعاونوا مع الدكتور إسماعيل الرمحي والدكتور جوان بوتاس وفرقهم من مركز الزهايمر والأمراض العصبية التنكسية و Duncan NRI ، لاختبار متماثلات جينات EAML المرشحة 98 باستخدام نموذجين من ذباب الفاكهة لمرض الزهايمر .

لهذا الغرض ، استخدموا نظامًا متطورًا للاختبار السلوكي بمساعدة الروبوت ، والذي يسمح بإجراء فحوصات عالية الإنتاجية. يعيش.

وجدوا 36 جينة تعدل التنكس الناجم عن تاو و 29 جينة تعدل التنكس العصبي الناجم عن Aβ42. تضمنت هذه 9 جينات قادرة على تحسين التنكس العصبي الناجم عن كل من Tau و Aβ42 ، وهما البروتينان المعروفان بتراكمهما في مرضى الزهايمر.

هذا التحقق بقوة من صحة المشاركة الوظيفية للمرشحين الذين تم تحديدهم في التوسط في التنكس العصبي. يعيش وسلط الضوء على السبل العلاجية المحتملة التي يمكن اكتسابها من خلال استهداف هذه الجينات.

نظرًا لأن الهدف من هذه الدراسة هو فهم كيفية ظهور مرض الزهايمر وتطوره بشكل مختلف لدى الرجال والنساء ، فقد طبقوا تحليل EAML بشكل منفصل على الرجال والنساء في هذه المجموعة.

وجدوا 157 جينًا مرتبطًا بمرض الزهايمر عند الرجال و 127 عند النساء. تم العثور على الجينات التي تم تحديدها في هذه الدراسة المنفصلة بين الجنسين لتكون أكثر ارتباطًا بجينات AD GWAS المعروفة من تلك التي تم تحديدها في الدراسات الجنسية المجمعة.

تشير هذه النتائج إلى أن تحليل الفصل بين الجنسين يزيد من حساسية تحديد الجينات المرتبطة بمرض الزهايمر ويحسن القدرة على التنبؤ بالمخاطر.

بالإضافة إلى ذلك ، وجدوا أن بعض المسارات البيولوجية قد يكون لها تأثير أكبر على تطور مرض الزهايمر عند أحد الجنسين أكثر من الجنس الآخر. على سبيل المثال ، ثبت أن مرشحات EAML الخاصين بالنساء يشاركن في وحدة تتعلق بالتحكم في دورة الخلية ومراقبة جودة الحمض النووي.

“كنا متحمسين للعثور على مجموعة من الجينات التي تحمي الأعصاب لدى النساء والتي تم ربطها بـ BRCA1 ، وهو جين معروف بارتباطه بسرطان الثدي.

“تشير هذه النتائج إلى روابط بيولوجية محتملة بين مرض الزهايمر وسرطان الثدي ، وهما مرضان أكثر شيوعًا لدى النساء منه لدى الرجال.” قال د. اسماعيل الرمحي.

يمكن أن يكون لهذه النتائج آثار مهمة لتطوير الاستراتيجيات العلاجية وتصميم التجارب السريرية الطبقية بين الجنسين لمرض الزهايمر.

بالإضافة إلى ذلك ، احتفظ EAML بقدرته على التنبؤ بأهداف متسقة وقوية ، حتى عندما اختبره الفريق بأحجام عينات أصغر. حتى مع وجود 700 عينة فقط ، يمكن لـ EAML استرداد أكثر من 50 ٪ من المرشحين الموجودين في مجموعة البيانات ، وهو أفضل بكثير من الخوارزميات التنبؤية المستخدمة حاليًا.

يعتقد المؤلفون أن هذه القدرة المحسّنة بشكل ملحوظ ستسمح للباحثين باستخدام مجموعات بيانات أصغر للوصول إلى تنبؤات دقيقة وموثوقة ، مما يمهد الطريق لدمج التحليلات الخاصة بالجنس في دراسات ارتباط الجينات المرضية.التي ربما لم تسفر عن نتائج موثوقة باستخدام المعروف طُرق.

قال د. وأضاف خوان بوتاس الأستاذ في قسم الوراثة الجزيئية والبشرية في بايلور.

“هذا النهج المبتكر لديه القدرة على إحداث ثورة في فهمنا للأمراض المعقدة مثل مرض الزهايمر وتحفيز تطوير العلاجات الشخصية المصممة لتناسب التركيب الجيني لكل فرد.”

ومن بين المشاركين الآخرين في الدراسة توماس بوركارد ، كوانغيوك لي ، مينه فام ، ديلون شابيرو ، ياشوانث لاجيسيتي ، شيرين سليماني ، سامانثا موتا ، كيفن ويلهيلم ، مريم سامينساب ، يونغ وون كيم ، إونا هوه ، جينيفر أسموسن وباناغيوتيس كاتسونيس. ينتمون إلى واحدة أو أكثر من المؤسسات التالية: كلية بايلور للطب ، معهد جان ودان دنكان للبحوث العصبية في مستشفى تكساس للأطفال ، كلية الطب UTHealth McGovern. تم تمويل الدراسة من خلال منح من المعاهد الوطنية للصحة.

حول هذه أخبار أبحاث الذكاء الاصطناعي ومرض الزهايمر

الكاتب: Rajalaxmi Natarajan
مصدر: مستشفى تكساس للأطفال
اتصال: Rajalaxmi Natarajan – مستشفى تكساس للأطفال
صورة: تُنسب الصورة إلى أخبار العلوم العصبية

البحث الأصلي: حرية الوصول.
المتغيرات الوظيفية تحدد الجينات والمسارات الخاصة بالجنس في مرض الزهايمربواسطة Olivier Lichtarge et al. التواصل مع الطبيعة


خلاصة

المتغيرات الوظيفية تحدد الجينات والمسارات الخاصة بالجنس في مرض الزهايمر

تبلغ نسبة الإصابة بمرض الزهايمر عند النساء ضعف معدل إصابة الرجال تقريبًا.

للبحث عن جمعيات الجينات الخاصة بالجنس ، نقوم ببناء نهج التعلم الآلي الذي يركز على التأثير الوظيفي لمتغيرات الترميز. يمكن لهذه الطريقة اكتشاف الاختلافات بين الحالات المتسلسلة وعناصر التحكم في مجموعات صغيرة.

في مشروع التسلسل المختلط لمرض الزهايمر ، حدد هذا النهج الجينات المخصبة لمسارات الاستجابة المناعية. بعد الفصل بين الجنسين ، تُثري الجينات خصيصًا لمسارات الاستجابة للتوتر في الذكور ومسارات دورة الخلية عند الإناث.

تعمل هذه الجينات على تحسين التنبؤ بمخاطر المرض في السيليكو والتعديل ذبابة الفاكهة التنكس العصبي في الجسم الحي.

وبالتالي ، يمكن للنهج العام للتعلم الآلي على المتغيرات المؤثرة وظيفيًا اكتشاف المرشحين الخاصين بالجنس نحو المؤشرات الحيوية التشخيصية والأهداف العلاجية.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *