Aprovechando las técnicas de inteligencia artificial, los investigadores han demostrado que las mutaciones en el llamado ADN 'basura' pueden causar autismo. El estudio, publicado el 27 de mayo en Genética de la naturaleza , es el primero en vincular funcionalmente tales mutaciones a la condición del desarrollo neurológico.
La investigación fue dirigida por Olga Troyanskaya en colaboración con Robert Darnell. Troyanskaya es subdirector de genómica en el Centro de Biología Computacional CCB del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York y profesora de informática en la Universidad de Princeton. Darnell es el Roberty Harriet Heilbrunn, profesora de biología del cáncer en la Universidad Rockefeller e investigadora del Instituto Médico Howard Hughes.
Su equipo utilizó el aprendizaje automático para analizar los genomas completos de 1.790 individuos con autismo y sus padres y hermanos no afectados. Estos individuos no tenían antecedentes familiares de autismo, lo que significa que la causa genética de su condición probablemente fue mutaciones espontáneas en lugar de mutaciones heredadas.
El análisis predijo las ramificaciones de las mutaciones genéticas en partes del genoma que no codifican proteínas, regiones a menudo mal caracterizadas como ADN 'basura'. El número de casos de autismo vinculados a las mutaciones no codificantes fue comparable al número de casos vinculados a proteínascodificación de mutaciones que deshabilitan la función del gen.
Las implicaciones del trabajo se extienden más allá del autismo, dice Troyanskaya. "Esta es la primera demostración clara de mutaciones no codificadas y no heredadas que causan enfermedades o trastornos humanos complejos".
Los científicos pueden aplicar las mismas técnicas utilizadas en el nuevo estudio para explorar el papel que juegan las mutaciones no codificantes en enfermedades como el cáncer y las enfermedades del corazón, dice el coautor del estudio Jian Zhou de CCB y Princeton. "Esto permite una nueva perspectiva sobre la causano solo de autismo, sino de muchas enfermedades humanas "
Solo del 1 al 2 por ciento del genoma humano está formado por genes que codifican los planos para producir proteínas. Estas proteínas realizan tareas en todo el cuerpo, como la regulación de los niveles de azúcar en la sangre, la lucha contra las infecciones y el envío de comunicaciones entre las células. El otroSin embargo, el 98 por ciento de nuestro genoma no es un peso muerto genético. Las regiones no codificantes ayudan a regular cuándo y dónde los genes producen proteínas.
Las mutaciones en las regiones codificadoras de proteínas representan como máximo el 30 por ciento de los casos de autismo en individuos sin antecedentes familiares de autismo. La evidencia sugiere que las mutaciones que causan el autismo también deben ocurrir en otras partes del genoma.
Descubrir qué mutaciones no codificantes pueden causar autismo es complicado. Un solo individuo puede tener docenas de mutaciones no codificantes, la mayoría de las cuales serán únicas para el individuo. Esto hace que el enfoque tradicional de identificar mutaciones comunes entre las poblaciones afectadas no sea viable.
Troyanskaya y sus colegas adoptaron un nuevo enfoque. Entrenaron un modelo de aprendizaje automático para predecir cómo una secuencia dada afectaría la expresión génica.
"Este es un cambio en el pensamiento sobre los estudios genéticos que estamos introduciendo con este análisis", dice Chandra Theesfeld, investigadora científica en el laboratorio de Troyanskaya en Princeton. "Además de los científicos que estudian mutaciones genéticas compartidas en grandes grupos de individuos,aquí estamos aplicando un conjunto de herramientas inteligentes y sofisticadas que nos dicen qué va a hacer cualquier mutación específica, incluso aquellas que son raras o nunca antes observadas ".
Los investigadores estudiaron las bases genéticas del autismo aplicando el modelo de aprendizaje automático a un tesoro de datos genéticos llamado Colección Simons Simplex. La Fundación Simons, la organización matriz del Instituto Flatiron, produjo y mantiene el repositorio. La Colección Simons Simplex contienelos genomas completos de casi 2,000 'cuartetos' compuestos por un niño con autismo, un hermano no afectado y sus padres no afectados.
Estos foursomes no tenían antecedentes familiares de autismo, lo que significa que las mutaciones no heredadas probablemente fueron responsables de la afección del niño afectado tales mutaciones ocurren espontáneamente en espermatozoides y óvulos, así como en embriones.
Los investigadores utilizaron su modelo para predecir el impacto de las mutaciones no hereditarias y no codificantes en cada niño con autismo. Luego compararon esas predicciones con los efectos del mismo hilo no mutado en el hermano no afectado del niño.
"El diseño de la Colección Simons Simplex es lo que nos permitió hacer este estudio", dice Zhou. "Los hermanos no afectados son un control incorporado".
Las mutaciones no codificadas en muchos de los niños con autismo alteraron la regulación génica, sugirió el análisis. Además, los resultados sugirieron que las mutaciones afectaron la expresión génica en el cerebro y los genes ya vinculados al autismo, como los responsables de la migración y el desarrollo de las neuronas."Esto es consistente con la forma más probable en que el autismo se manifiesta en el cerebro", dice el coautor del estudio Christopher Park, científico investigador del CCB. "No se trata solo de la cantidad de mutaciones, sino de qué tipo de mutaciones están ocurriendo".
Los investigadores probaron los efectos de algunas de las mutaciones no codificantes en experimentos de laboratorio. Insertaron mutaciones de alto impacto predichas encontradas en niños con autismo en las células y observaron los cambios resultantes en la expresión génica. Estos cambios afirmaron las predicciones del modelo.
Troyanskaya dice que ella y sus colegas continuarán mejorando y ampliando su método. En última instancia, espera que el trabajo mejore la forma en que se utilizan los datos genéticos para diagnosticar y tratar enfermedades y trastornos. "En este momento, el 98 por ciento del genoma generalmente se arrojalejos ", dice ella." Nuestro trabajo le permite pensar en lo que podemos hacer con el 98 por ciento ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Fundación Simons . Original escrito por Thomas Sumner. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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