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A ferramenta de software nova pode ajudar a identificar mais eficientemente reguladores do gene

Uma equipe dos cientistas nas Universidades de Illinois Chicago desenvolveu uma ferramenta de software que pudesse ajudar pesquisadores mais eficientemente a identificar os reguladores dos genes. O sistema leverages um algoritmo de aprendizagem da máquina para prever que factores da transcrição são mais provável ser activos em pilhas individuais.

Os factores da transcrição são as proteínas que ligam ao ADN e controlam que genes são "ON" ou "OFF" girado dentro de uma pilha. Estas proteínas são relevantes aos pesquisadores biomedicáveis porque compreender e manipular estes sinais na pilha podem ser um modo eficaz descobrir tratamentos novos para algumas doenças. Contudo, há umas centenas de factores da transcrição dentro das pilhas humanas e pode tomar os anos de pesquisa, frequentemente com a tentativa e erro, para identificar que são as mais activos -- aqueles que são expressadas, ou "ON" -- em tipos diferentes de pilhas e que poderia ser leveraged como alvos da droga.

Um dos desafios no campo é que os mesmos genes podem ser "ON" girado em um grupo de pilhas mas "OFF" girado em um grupo diferente de pilhas dentro do mesmo órgão. Poder compreender a actividade de factores da transcrição em pilhas individuais permitiria que os pesquisadores estudassem perfis da actividade em todos os tipos principais da pilha de órgãos principais tais como o coração, o cérebro ou os pulmões.”

Jalees Rehman, professor no departamento da medicina e da farmacologia e na medicina regenerativa na faculdade da medicina, Universidades de Illinois em Chicago

BITFAM nomeado, para o modelo da actividade do factor da transcrição da inferência Bayesian, o sistema UIC-revelado trabalha combinando os dados novos do perfil da expressão genética recolhidos do único RNA da pilha que arranja em seqüência com os dados biológicos existentes em genes do alvo do factor da transcrição. Com esta informação, o sistema executa simulações por computador numerosas para encontrar o ajuste óptimo e para prever a actividade de cada factor da transcrição na pilha.

Os pesquisadores de UIC, co-conduzidos por Rehman e por Yang Dai, professor adjunto de UIC no departamento da tecnologia biológica na faculdade da medicina e na faculdade da engenharia, testaram o sistema nas pilhas do tecido do pulmão, do coração e de cérebro. A informação no modelo e os resultados de seus testes são relatados hoje na pesquisa do genoma do jornal.

“Nossa aproximação identifica não somente actividades significativas do factor da transcrição mas igualmente fornece introspecções valiosas em mecanismos reguladores do factor subjacente da transcrição,” disse Shang Gao, primeiro autor do estudo e um estudante doutoral no departamento da tecnologia biológica. “Por exemplo, se 80% dos alvos de um factor da transcrição do específico são girados sobre dentro da pilha, que nos diz que sua actividade é alta. Fornecendo dados goste disto para cada factor da transcrição na pilha, o modelo pode dar a pesquisadores uma boa ideia de que umas a olhar no início quando a droga nova de exploração visa para trabalhar nesse tipo de pilha.”

Os pesquisadores dizem que o sistema novo é publicamente - disponível e poderiam ser aplicados extensamente porque os usuários têm a flexibilidade a combinar com os métodos de análise adicionais que podem melhor ser seridos para seus estudos, tais como encontrar a droga nova visam.

“Esta aproximação nova podia ser usada para desenvolver as hipóteses biológicas chaves em relação aos factores reguladores da transcrição nas pilhas relativas a uma escala larga de hipóteses e de assuntos científicos. Permitirá que nós derivem introspecções nas funções biológicas das pilhas de muitos tecidos,” Dai disse.

Rehman, cuja a pesquisa se centra sobre os mecanismos da inflamação em sistemas vasculares, diz que uma aplicação relevante a seu laboratório é usar o sistema novo para se centrar sobre os factores da transcrição que conduzem doenças em tipos específicos da pilha.

“Por exemplo, nós gostaríamos de compreender se há a actividade do factor da transcrição que distinguiu uma resposta saudável da pilha imune de uma insalubre, como no caso das condições tais como COVID-19, doença cardíaca ou doença de Alzheimer onde há frequentemente um desequilíbrio entre respostas imunes saudáveis e insalubres,” ele disse.

Source:
Journal reference:

Gao, S., et al. (2021) A Bayesian inference transcription factor activity model for the analysis of single-cell transcriptomes. Genome Research. doi.org/10.1101/gr.265595.120.