ИИ в сочетании с CRISPR точно контролирует экспрессию генов
Искусственный интеллект может предсказывать целевую и побочную активность инструментов CRISPR, нацеленных на РНК вместо ДНК, согласно новому исследованию, опубликованному в Nature Biotechnology.
Исследование объединяет модель глубокого обучения с CRISPR-скринингами для контроля экспрессии человеческих генов разными способами — например, полного "выключения" или частичного "приглушения" их активности. Эти точные методы контроля могут быть использованы для разработки новых CRISPR-терапий.
В последние годы ученые обнаружили тип CRISPR, который нацеливается на РНК с помощью фермента Cas13. Такие системы можно использовать для редактирования РНК, "нокаута" РНК для блокировки экспрессии гена и высокопроизводительного скрининга кандидатов в лекарства. Поскольку РНК — основной генетический материал вирусов, включая SARS-CoV-2 и грипп, CRISPR, нацеленные на РНК, также перспективны для разработки методов профилактики или лечения вирусных инфекций.
Ключевая цель исследования — максимизировать активность CRISPR на целевой РНК и минимизировать побочную активность на других РНК, что может иметь негативные последствия для клетки. Побочная активность включает как несовпадения между направляющей РНК и мишенью, так и мутации вставки и делеции. Предыдущие исследования фокусировались только на целевой активности и несовпадениях; предсказание побочной активности, особенно мутаций вставки/делеции, изучено слабо. В человеческих популяциях примерно одна из пяти мутаций — это вставки или делеции.
В своем исследовании ученые провели серию CRISPR-скринингов, нацеленных на РНК, в человеческих клетках. Они измерили активность 200 000 направляющих РНК, нацеленных на важные гены, включая как идеально совпадающие, так и варианты с несовпадениями, вставками и делециями.
Затем исследователи создали модель глубокого обучения под названием TIGER (Targeted Inhibition of Gene Expression via guide RNA design), обученную на данных CRISPR-скринингов. Сравнивая предсказания модели с лабораторными тестами, TIGER смогла предсказать как целевую, так и побочную активность, превзойдя предыдущие модели для дизайна направляющих Cas13 и став первым инструментом для предсказания побочной активности CRISPR, нацеленных на РНК.
Исследователи также показали, что предсказания TIGER можно использовать для точной модуляции дозы гена — количества экспрессируемого гена — путем частичного ингибирования экспрессии с помощью направляющих РНК с несовпадениями. Это может быть полезно при заболеваниях с избытком копий гена, таких как синдром Дауна, некоторые формы шизофрении, болезнь Шарко-Мари-Тута или при раке, где аномальная экспрессия генов ведет к неконтролируемому росту опухоли.
Сочетая искусственный интеллект с CRISPR-скринингом, нацеленным на РНК, исследователи полагают, что предсказания TIGER помогут избежать нежелательной побочной активности и ускорят развитие нового поколения терапий, нацеленных на РНК.