Ensembl laboratorijem odpira devet milijard napovedi

Človeški referenčni genom je standardiziran zapis približno treh milijard položajev DNK, na vsakem pa je ena od štirih kemičnih črk. Če posamezno črko zamenjamo s katero od treh alternativ, dobimo hipotetično mutacijo. Model AlphaGenome družbe Google DeepMind je preveril vse takšne enojne zamenjave in ustvaril približno devet milijard zapisov. Vsak v povprečju vsebuje okoli 27.000 napovedi molekularnih učinkov v različnih tkivih in vrstah celic (DeepMind). Atlas zajema tudi več kot 100 milijonov kratkih vrivkov in izbrisov, ki so že evidentirani v populacijskih podatkovnih zbirkah (predobjava Atlasa).

Ti zapisi niso rezultat laboratorijskih meritev, temveč ocene modela, kaj bi se v delovanju celice spremenilo ob posamezni mutaciji. Njihova vrednost bo zato odvisna od tega, ali lahko raziskovalcem pomagajo iz množice različic izločiti tiste, ki dejansko vplivajo na zdravje.

Skrita različica in sled, značilna za možgane

Najbolj oprijemljiv preizkus Atlasa je primer bolnika s hudo epileptično encefalopatijo, pri katerem z genetskim sekvenciranjem niso našli vzroka bolezni. Raziskovalci Broad Institute so skupaj z GREGoR Consortium in skupino AlphaGenome uporabili zbirno oceno AVI (AlphaGenome Variant Impact), da bi na novo razvrstili bolnikove genetske različice. Visoko se je uvrstila sprememba globoko v intronu gena DNM1 (Fortune). Intron je odsek DNK, ki ga celica odstrani, preden navodilo gena prevede v beljakovino, zato mu analize pogosto namenjajo manj pozornosti. Tudi predhodna analiza RNK iz krvi ni dala jasnega odgovora, saj je gen DNM1 v krvnih celicah skoraj nedejaven.

Ločena analiza izvora ocene je pokazala, da je 69 odstotkov signala AVI izhajalo iz napovedanega vpliva na spajanje RNK, pri katerem celica njene odseke izreže in poveže, preden izdela beljakovino. Model je napovedal, da bi različica v možgansko specifični različici gena ustvarila nepravilno mesto spajanja, zaradi česar bi nastala beljakovina s 13 dodatnimi aminokislinami (Fortune; DeepMind). Laboratorijski preizkus je napovedano spremembo potrdil, različico pa so nato uvrstili med verjetno patogene. Ta formalna razvrstitev poleg funkcionalnih podatkov upošteva tudi družinsko anamnezo in način dedovanja (predobjava Atlasa).

Postopek pokaže dejansko vlogo modela: ocena je različico uvrstila med pomembnejše, analiza vzrokov za oceno pa je raziskovalce usmerila k preizkusu spajanja RNK, ki je nato potrdil motnjo. AlphaGenome diagnoze ni postavil samostojno, objavljeni opis pa tudi ne navaja vseh korakov, na podlagi katerih so različico razvrstili kot verjetno patogeno (Nature).

Primerjava z obstoječimi orodji in naslednji koraki

Predobjava Atlasa navaja retrospektivno preverjanje na že razrešenih primerih redkih bolezni iz GREGoR Consortium. AVI je znano vzročno različico med 50 najviše uvrščenih kandidatov posameznega bolnika uvrstil v 29,5 odstotka primerov, uveljavljeno orodje za vrednotenje različic po celotnem genomu CADD pa v 12,5 odstotka primerov (predobjava Atlasa). Prednost je bila največja v nekodirajočih območjih, ki sestavljajo veliko večino genoma, vendar ne vsebujejo neposrednih navodil za izdelavo beljakovin in jih je zato težje razlagati. Raziskovalec DeepMind Žiga Avsec je priznal, da je model manj zanesljiv pri nekaterih učinkih ojačevalcev, oddaljenih odsekih DNK, ki uravnavajo delovanje genov (Fortune).

Primerjava meri sposobnost razvrščanja na skrbno izbranih, že razrešenih primerih, izvedli pa so jo v sodelovanju z raziskovalci DeepMind in objavili kot predobjavo brez dokončne strokovne recenzije. Naknadno iskanje že znanega odgovora ni enako zahtevno kot povečevanje števila diagnoz pri bolnikih, katerih primeri še niso pojasnjeni.

Evropsko javno bioinformacijsko središče EMBL-EBI je 9. septembra sporočilo, da je ocena AVI odslej dostopna prek orodja Ensembl Variant Effect Predictor (VEP), s katerim raziskovalci surove genetske podatke opremijo z informacijami, potrebnimi za njihovo razlago (EMBL-EBI). Ker VEP že uporabljajo v podatkovnih postopkih kliničnih in raziskovalnih laboratorijev, lahko ti oceno AVI zdaj pridobijo skupaj s posledicami za gene in pogostostjo različic v populaciji, ne da bi prešli na ločen Googlov portal. Vključitev v VEP omogoča dostop do ocene, ne potrjuje pa njene klinične zanesljivosti. DeepMind opozarja, da AlphaGenome še ni klinično potrjen niti odobren za uporabo pri obravnavi bolnikov (DeepMind).

V opisanem primeru gena DNM1 je AlphaGenome raziskovalcem pomagal izpostaviti spregledano različico in oblikovati preverljivo domnevo o motenem spajanju RNK, ki so jo nato potrdili v laboratoriju. Ali lahko tak postopek poveča število diagnoz tudi v večjem obsegu, bodo morale pokazati prospektivne raziskave neodvisnih skupin na še nerazrešenih primerih, ne na zgodovinskih podatkih z že znanimi odgovori.