Erasmus MC zet AI in om te speuren naar DNA-schakelaars zeldzame genetische aandoeningen
Onderzoekers van Erasmus MC gebruiken kunstmatige intelligentie om verborgen schakelaars te zoeken in het DNA. 'Die aanpak kan mensen met een zeldzame genetische aandoening alsnog een diagnose bezorgen. En een diagnose is een eerste stap naar een mogelijke behandeling', zo meldt het Erasmus MC.
‘Junk-DNA’ bevat schakelaars die genen aan of uit zetten
Het merendeel van ons DNA heeft geen functie, dachten wetenschappers lange tijd. Maar in dat zogenaamde ‘junk-DNA’ blijken belangrijke schakelaars te zitten die genen aan of uit zetten. Onderzoekers van Erasmus MC brengen met behulp van kunstmatige intelligentie die verborgen schakelaars in kaart. Die aanpak maakt het mogelijk om ook bij zeldzame hersenaandoeningen een genetische oorzaak te vinden. Zij publiceren hun bevindingen in het toonaangevende vakblad Cell.
Zeldzame aandoeningen
Er zijn meer dan 8000 zeldzame genetische aandoeningen. Zo’n 6 tot 8 procent van de Nederlanders heeft er een. Dit zijn 1 miljoen tot 1,5 miljoen mensen. Dankzij ontwikkelingen op het gebied van klinische genetica zijn de mogelijkheden voor genetische tests enorm toegenomen. Inmiddels kunnen onderzoekers zelfs alle genen van een patiënt doorlichten op zoek naar een diagnose. Met dit whole genome sequencing kwamen onderzoekers het zeldzame ReNU-syndroom op het spoor.
'Speld in hooiberg'
Toch lukt het bij ruim de helft van deze mensen niet om een genetische oorzaak te vinden voor zo’n aandoening. Veel van deze nieuwe tests richten zich namelijk op een klein deel van het DNA: de 2% die codeert voor eiwitten. De resterende 98% stond altijd bekend als ‘junk-DNA’. We weten inmiddels dat in dit niet-coderende DNA schakelaars verborgen zitten, die genen aan of uit kunnen zetten. Ook afwijkingen van deze zogenaamde enhancers kunnen ervoor zorgen dat genen wel of niet werken. Maar omdat er zoveel niet-coderend DNA is, heeft de zoektocht naar die schakelaars veel weg van het zoeken naar een speld in een hooiberg.
Zoeken in een atlas
Erasmus MC-onderzoekers, onder leiding van klinisch geneticus Stefan Barakat, brachten structuur aan in die zoektocht. Dat deden ze door eerst een atlas te maken van alle genetische schakelaars in de hersenen. Met een zelfontworpen techniek brachten ze het hele genetische materiaal van neurale stamcellen, de voorlopers van de hersenen, in kaart. Dat leverde ruim 140 duizend functionele schakelaars op.
Voorspellend AI-model
Vervolgens gebruikten de onderzoekers een voorspellend AI-model om alle DNA-bouwstenen binnen die schakelaars te rangschikken. Dat model, dat ze BRAIN-MAGNET noemen, geeft een score: hoe hoger, hoe belangrijker de DNA-bouwsteen van die schakelaar. En dus ook hoeveel groter het effect op ziekte is bij een mutatie van die bouwsteen.