Araştırmacılar, genlerin düzenlenmesindeki farklılıkları ortaya çıkarmak için makine öğrenimi ve ileri DNA dizileme tekniklerini birleştiren yeni bir araç geliştirdi.
Genetik Düzenleme ve Hastalık Riski
Genlerimizdeki değişiklikler kalp hastalığı ve kanser gibi sağlık risklerini etkileyebilir. Ancak bu genlerin nasıl açılıp kapandığı da sağlık açısından kritik bir öneme sahiptir. Her genin iki kopyası bulunur; anne ve babadan gelen bu kopyalar her zaman senkronize bir şekilde açılıp kapanmaz. Bu farklı gen düzenlemeleri bozulduğunda, ciddi sağlık sorunları ortaya çıkabilir.
Yeni Araç: FIRE
Araştırmacılar, farklı gen düzenlemelerini ayırmak ve gen işlevi için kritik bölgeleri bulmak amacıyla makine öğrenimi ile DNA dizileme tekniklerini birleştiren bir araç geliştirdi. Bu yeni araç, FIRE (Fiber-seq inferred regulatory elements) olarak adlandırılmaktadır. FIRE, kalıtsal hastalıkların arkasındaki DNA değişikliklerini belirlemeye yardımcı olabilecek önemli bir adım olarak görülüyor.
Gen Düzenlemedeki Keşifler
University of Utah Health’tan insan genetiği asistan profesörü Mitchell R. Vollger, “Genomumuzun yalnızca %1 veya %2’si protein kodlar. Bu, diğer %98’ine daha keskin bir bakış açısı sağlıyor; bu kısım, genlerimizin açılıp kapanmasını kontrol eden anahtarları içeriyor,” dedi. Araştırma ekibi, gen düzenlemesindeki kalıcı değişikliklerin her zaman genetik faktörlerden kaynaklanmadığını da keşfetti. İki genetik olarak özdeş DNA kopyası farklı şekilde düzenlenebilir ve bu farklılıklar hücrelerimiz bölündükçe aktarılabilir.
Yeni Genetik Alanlar
FIRE aracı, sağlık açısından kritik gen düzenleme bölgelerindeki DNA dizisi değişikliklerinin etkilerini ortaya koymak için kullanıldı. Önceki çalışmalarda, çölyak hastalığı riski ile ilişkili genetik bir fark bulunmuştu, ancak bu farkın genlerin işleyişini etkileyip etkilemediği bilinmiyordu. Araştırmacılar, çölyak ile ilişkili genetik farkın, bağışıklık geninin yanında yer alan bir gen “anahtarı” içinde olduğunu keşfetti. Bu DNA değişikliği, gen kontrol proteinlerinin normalde bağlandığı bir noktayı bozuyor.
Genetik Sınırlar ve Makine Öğrenimi
FIRE, matrilineal ve patrilineal olarak kalıtılan DNA parçaları arasında farklı düzenlemeleri incelemek için benzersiz bir ölçek sağladı. Elde edilen sonuçlar, genetik farklılık olmaksızın da düzenleme farklılıkları olabileceğini ortaya koydu. Vollger, “Bu çalışmanın en şaşırtıcı sonucu, genetiklerin gen düzenlememizi ne kadar belirleyebileceğinin sınırlarını bulmaktı. Gördüğümüz düzenleyici farklılıkların yaklaşık %40’ında, anneden ve babadan miras alınan kopyalar arasında o noktada genetik bir farklılık yok,” dedi.
FIRE’ın Çalışma Prensibi
FIRE, fiziksel olarak erişilebilir DNA bölgelerini “vurgulayan” mevcut bir tekniği kullanarak başlar ve ardından bireysel DNA moleküllerinin uzun parçalarını okumak için ileri dizileme teknikleri uygular. Uzun parçalar sayesinde, DNA’nın hangi ebeveynden geldiği belirlenebilir. Vurgulanan bölgeler, aktif genler veya gen düzenleme için önemli DNA parçaları gösterebilir. Ancak aynı zamanda sıradan bölgeleri de işaretleyebilir.
Gelecek Beklentileri
Vollger, genetik koddaki değişiklikleri gen düzenlemesindeki işlevsel farklılıklarla ilişkilendirerek, FIRE’ın insan hastalıklarına neden olan genetik farklılıkları bulmasına yardımcı olacağını umuyor. Bu, kalıtsal hastalıkları tedavi etmek veya iyileştirmek için DNA’yı düzenleyen terapilerin geliştirilmesinde kritik bir ilk adım. “Bu, bir kişinin genlerini kontrol eden DNA anahtarlarını düzenlemenin yollarını göstererek, yaygın hastalık risklerini azaltmak veya nadir hastalıkları tedavi etmek için bir adım olabilir,” dedi Vollger. Bu sonuçlar, 15 Ekim’de Cell dergisinde yayınlandı ve araştırmaya University of Washington, Stanford University ve Mayo Clinic’ten araştırmacılar da katkıda bulundu. Araştırma, National Institutes of Health tarafından desteklendi.
