Ensembl laboratorijoms atveria devynis milijardus prognozių

Žmogaus etaloniniame genome, standartiniame maždaug trijų milijardų DNR pozicijų rinkinyje, kiekvieną poziciją užima viena iš keturių cheminių raidžių. Pakeitus ją viena iš trijų kitų, gaunama hipotetinė mutacija. Google DeepMind modelis AlphaGenome įvertino visus galimus vienos raidės pakaitalus ir sudarė apie devynis milijardus įrašų. Kiekviename jų pateikiama vidutiniškai maždaug po 27 000 molekulinių prognozių, apimančių įvairius audinius ir ląstelių tipus (DeepMind). Sukurtas Atlas taip pat apima daugiau kaip 100 milijonų trumpų intarpų ir iškritų, jau užregistruotų populiacijų duomenų bazėse (Atlas preprint).

Šie įrašai nėra eksperimentinių matavimų rezultatai. Modelis prognozuoja, kas pasikeistų, jeigu kiekvienas konkretus pakaitalas iš tiesų atsirastų. Praktinė Atlas vertė priklausys nuo to, ar šios prognozės padės tyrėjams aptikti reikšmingus genetinius variantus.

Giliai slypėjęs variantas ir smegenims būdingas požymis

Konkrečiausias išbandymas susijęs su sunkia epilepsine encefalopatija sergančiu žmogumi, kurio genetiniai tyrimai ligos priežasties neatskleidė. Broad Institute tyrėjai, bendradarbiaudami su GREGoR Consortium ir AlphaGenome komanda, paciento genetiniams variantams iš naujo surikiuoti pasitelkė Atlas apibendrinamąjį AVI (AlphaGenome Variant Impact) įvertį. Taip išskirtas giliai DNM1 geno introne slypintis pakitimas (Fortune). Intronas – DNR atkarpa, iškerpama prieš geno informaciją paverčiant baltymu. Tokios sritys retai tiriamos, o ankstesnė kraujo RNR analizė aiškaus atsakymo nepateikė, nes kraujo ląstelėse DNM1 beveik neaktyvus.

Atskira požymių svarbos analizė parodė, kad 69 % AVI įverčio lėmė prognozuotas poveikis splaisingui – procesui, per kurį ląstelės prieš gamindamos baltymus iškerpa ir sujungia RNR dalis. Modelio vertinimu, šis variantas turėjo sukurti nenormalią splaisingo vietą smegenims būdingoje geno versijoje, todėl į susidarantį baltymą būtų įterpta 13 papildomų aminorūgščių (Fortune; DeepMind). Laboratorinis tyrimas atkartojo prognozuotą splaisingo pokytį, o variantas buvo perkvalifikuotas į tikėtinai patogeninį – tai oficiali kategorija, nustatoma kartu vertinant šeimos ligos istoriją, paveldėjimą ir funkcinių tyrimų duomenis (Atlas preprint).

Ši veiksmų seka parodo modelio paskirtį. Įvertis padėjo iškelti variantą į prioritetinių kandidatų sąrašą, o požymių svarbos analizė nukreipė tyrėjus atlikti splaisingo bandymą, patvirtinusį prognozuotą sutrikimą. Pats modelis diagnozės nenustatė, be to, paskelbtoje ataskaitoje aprašyti ne visi varianto klasifikavimo etapai (Nature).

Rezultatų palyginimas ir tolesni žingsniai

Atlas preprinte pateikiami retrospektyvūs bandymai su jau išspręstais GREGoR Consortium retų ligų atvejais. AVI žinomą ligą sukėlusį variantą tarp 50 svarbiausių paciento kandidatų įtraukė 29,5 % atvejų, o seniai naudojamas viso genomo vertinimo įrankis CADD – 12,5 % atvejų (Atlas preprint). Didžiausias skirtumas nustatytas baltymų nekoduojančiose srityse. Jos sudaro didžiąją genomo dalį, tačiau šių už baltymų gamybos instrukcijų ribų esančių sekų reikšmę iki šiol aiškinti sunkiausia. DeepMind tyrėjas Žiga Avsecas pripažino, kad kai kurių stipriklių – per atstumą genų veiklą reguliuojančių DNR atkarpų – poveikį modelis prognozuoja prasčiau (Fortune).

Tai kandidatų reitingavimo palyginimai, atlikti su kruopščiai atrinktais ir jau išspręstais atvejais, bendradarbiaujant su DeepMind tyrėjais, o rezultatai kol kas paskelbti tik kaip preprintas. Retrospektyviai surasti jau žinomą atsakymą nėra tas pats, kas padidinti diagnozių skaičių tiriant pacientus, kurių ligos priežastis tebėra neaiški.

Rugsėjo 9 d. Europos viešasis bioinformatikos centras EMBL-EBI paskelbė, kad AVI įvertis nuo šiol pasiekiamas per Ensembl Variant Effect Predictor (VEP) – anotavimo sistemą, kuria tyrėjai neapdorotus genetinius duomenis paverčia interpretuojamais rezultatais (EMBL-EBI). VEP jau įtraukta į klinikinių ir mokslinių laboratorijų duomenų apdorojimo procesus. Pridėjus AVI, laboratorija per tą pačią paketinę užklausą gali gauti šį įvertį kartu su informacija apie poveikį genams ir variantų dažnį populiacijoje, nesinaudodama atskiru Google portalu. VEP suteikia prieigą prie įverčio, tačiau negarantuoja jo klinikinio tikslumo. DeepMind nurodo, kad AlphaGenome nėra patvirtintas ar aprobuotas naudoti klinikinėje praktikoje (DeepMind).

Aprašytu DNM1 atveju AlphaGenome padėjo išskirti anksčiau nepastebėtą variantą ir pateikė laboratorijoje patikrinamą splaisingo sutrikimo hipotezę. Ar toks procesas padės nustatyti daugiau diagnozių platesniu mastu, turės parodyti nepriklausomų tyrėjų perspektyvieji tyrimai su neišspręstais atvejais, o ne istoriniais duomenimis, kurių atsakymai jau žinomi.