Модель ИИ выявляет потенциальные гены риска болезни Паркинсона
Исследователи из Cleveland Clinic Genome Center успешно применили генетические модели искусственного интеллекта (ИИ) к болезни Паркинсона. Исследователи определили генетические факторы прогрессирования и одобренные FDA препараты, которые потенциально могут быть повторно использованы для лечения болезни Паркинсона.
В отчете npj по болезни Паркинсона используется подход, называемый «системной биологией», который использует ИИ для интеграции и анализа множества различных форм информации из генетических, протеомных, фармацевтических и пациентских наборов данных с целью выявления закономерностей, которые могут быть неочевидны при анализе одной формы данных по отдельности.
Руководитель исследования и директор CCGC Фэйсюн Чэн, доктор философии, является ведущим экспертом в области системной биологии и разработал несколько структур ИИ для выявления потенциальных новых методов лечения болезни Альцгеймера .
«Болезнь Паркинсона является вторым по распространенности нейродегенеративным заболеванием после деменции, но у нас нет способа остановить или замедлить ее прогрессирование у миллионов людей, которые живут с этим заболеванием по всему миру; лучшее, чего мы можем сейчас добиться, — это контролировать симптомы по мере их появления», — говорит первый автор исследования Лицзюнь Доу, доктор философии, научный сотрудник лаборатории геномной медицины доктора Ченга.
«Существует острая необходимость в разработке новых методов лечения болезни Паркинсона, изменяющих течение болезни».
Доктор Доу объясняет, что создание соединений, останавливающих или обращающих вспять прогрессирование болезни Паркинсона, является особенно сложной задачей, поскольку в этой области все еще не установлено, какие из наших генов вызывают те или иные симптомы болезни Паркинсона при мутации.
«Многие из известных генетических мутаций, связанных с болезнью Паркинсона, находятся в некодирующих областях нашей ДНК, а не в реальных генах. Мы знаем, что варианты в некодирующих областях могут, в свою очередь, влиять на функцию различных генов, но мы не знаем, какие именно гены затронуты при болезни Паркинсона», — говорит она.
Используя свою интегративную модель ИИ, команда смогла сопоставить генетические варианты, связанные с болезнью Паркинсона, с несколькими базами данных ДНК и экспрессии генов, специфичными для мозга. Это позволило команде сделать вывод о том, какие, если таковые имеются, конкретные гены в нашем мозге затронуты вариантами в некодирующих областях нашей ДНК.
Затем команда объединила результаты с наборами данных белков и интерактомов , чтобы определить, какие из генов, которые они идентифицировали, влияют на другие белки в нашем мозге при мутации. Они обнаружили несколько потенциальных генов риска (таких как SNCA и LRRK2), многие из которых, как известно, вызывают воспаление в нашем мозге при нарушении регуляции.
Затем исследовательская группа задались вопросом, можно ли перепрофилировать какие-либо препараты на рынке для воздействия на выявленные гены. Даже после обнаружения и создания успешных препаратов для одобрения препарата может потребоваться в среднем 15 лет строгих испытаний на безопасность.
Доктор Фэйсюн Ченг и исследовательская группа клиники Кливленда успешно применили передовые модели генетики искусственного интеллекта к болезни Паркинсона. Кредит: клиника Кливленда
«Люди, которые в настоящее время живут с болезнью Паркинсона, не могут позволить себе так долго ждать новых вариантов, поскольку их состояние продолжает прогрессировать», — говорит доктор Ченг. «Если мы сможем использовать препараты, которые уже одобрены FDA, и перепрофилировать их для болезни Паркинсона, мы сможем значительно сократить время, пока мы не сможем предоставить пациентам больше вариантов».
Объединив свои генетические выводы с доступными фармацевтическими базами данных, команда нашла несколько потенциальных лекарств. Затем они обратились к электронным медицинским картам, чтобы узнать, есть ли какие-либо различия в диагнозах болезни Паркинсона у пациентов, принимающих идентифицированные лекарства. Например, люди, которым был назначен препарат для снижения уровня холестерина симвастатин, с меньшей вероятностью получали диагноз болезни Паркинсона в течение жизни.
Доктор Ченг говорит, что следующим шагом станет проверка потенциала симвастатина для лечения этого заболевания в лабораторных условиях, а также нескольких иммунодепрессантов и противотревожных препаратов, которые требуют дальнейшего изучения.
«Используя традиционные методы, выполнение любого из шагов, которые мы предпринимали для идентификации генов, белков и лекарств, было бы очень ресурсоемкой и затратной по времени задачей», — говорит доктор Доу. «Наш интегративный сетевой анализ позволил нам значительно ускорить этот процесс и выявить нескольких кандидатов, что повышает наши шансы найти новые решения».