Εδώ και πολλές δεκαετίες, η επιστημονική κοινότητα θεωρούσε ότι το μεγαλύτερο μέρος του ανθρώπινου γονιδιώματος, conocido ως «Junk DNA», ήταν ανενεργό και χωρίς ουσιαστική σημασία. Ωστόσο, πρόσφατη έρευνα ρίχνει νέο φως σε αυτή την αντίληψη, αποκαλύπτοντας ότι εντός αυτού του αχαρτογράφητου γενετικού ωκεανού εδρεύουν κρίσιμοι μηχανισμοί που ρυθμίζουν τη λειτουργία του εγκεφάλου και σχετίζονται άμεσα με τη νόσο του Αλτσχάιμερ.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Νέας Νότιας Ουαλίας (UNSW) στο Σίδνεϊ, μέσω της μελέτης τους, επιτυγχάνουν σημαντικό βήμα στην κατανόηση νευροεκφυλιστικών παθήσεων. Ανακάλυψαν και χαρτογράφησαν ειδικούς γενετικούς «διακόπτες» στο μη κωδικοποιό DNA που ελέγχουν τη δραστηριότητα γονιδίων σε τα συγκεκριμένα εγκεφαλικά κύτταρα, τα αστροκύτταρα.
Αυτή η ανακάλυψη, που δημοσιεύθηκε στο Nature Neuroscience, δεν περιορίζεται μόνο στην ανάλυση του μηχανισμού της νόσου αλλά μπαίνει και σε μια καινοτόμο εποχή που περιλαμβάνει τη χρήση Τεχνητής Νοημοσύνης για την πρόβλεψη και θεραπεία γενετικών διαταραχών.
Το μυστήριο του 98% και ο ρόλος των αστροκυττάρων
Συνήθως, όταν σκεφτόμαστε το DNA, ο νους μας προσανατολίζεται προς τα γονίδια που καθορίζουν τα φυσικά χαρακτηριστικά μας. Αυτά τα γονίδια όμως αντιπροσωπεύουν μόλις το 2% του συνολικού κωδικά μας. Το υπόλοιπο 98% είναι το μη κωδικοποιό γονιδίωμα, που πλέον αποκαλύπτεται εντός του να περιέχει κρίσιμα ρυθμιστικά στοιχεία που ενεργοποιούν ή απενεργοποιούν την έκφραση των γονιδίων.
Η ερευνητική ομάδα επικεντρώθηκε στα αστροκύτταρα — κύτταρα που δεν είναι απλώς υποστηρικτικά για τους νευρώνες, αλλά διαδραματίζουν θεμελιώδη ρόλο στην υγεία του εγκεφάλου, συνδέοντας την ύπαρξή τους με την εξέλιξη του Αλτσχάιμερ. Σκοπός τους ήταν να ανακαλύψουν πώς το «άχρηστο» DNA επηρεάζει αυτά τα κύτταρα.
Χαρτογραφώντας τη σύγχυση με CRISPR και RNA Sequencing
Η πρωτοποριακή μεθοδολογία που υιοθετήθηκε περιλάμβανε τη δοκιμή σχεδόν 1.000 πιθανών «διακοπτών» DNA σε καλλιεργημένα ανθρώπινα αστροκύτταρα. Αυτοί οι διακόπτες συχνά βρίσκονται μακριά από τα γονίδια που ελέγχουν, καθιστώντας τον εντοπισμό τους εργαστηριακή πρόκληση.
Για να επιλύσουν αυτή την απόφαση, οι επιστήμονες συνδύασαν την τεχνολογία CRISPRi (μια παραλλαγή του CRISPR που καταστέλλει κομμάτια του DNA χωρίς να τα κόβει) με την αλληλούχιση RNA σε μεμονωμένα κύτταρα (single-cell RNA sequencing), γεγονός που τους επέτρεψε να αναλύσουν ταυτοχρόνως χίλια διαφορετικά σημεία.
Η επικεφαλής ερευνήτρια, Dr. Nicole Green, ανέφερε ότι με την απενεργοποίηση αυτών των διακοπτών, η ομάδα παρατηρούσε αν άλλαξαν οι εκφράσεις των γονιδίων. Οκτώ από τους 1.000 υποψηφίους διακόπτες αποδείχθηκαν πραγματικά λειτουργικοί, με μεγάλο ποσοστό αυτών να ρυθμίζουν γονίδια ήδη γνωστά ως υπεύθυνα για τη νόσο του Αλτσχάιμερ.
Η «καλωδίωση» της ασθένειας και η Τεχνητή Νοημοσύνη
Η σημασία αυτής της ανακάλυψης ξεπερνά τα εργαστηριακά αποτελέσματα. Η καθηγήτρια Irina Voineagu, που συντόνισε την έρευνα, επισήμανε ότι πολλές φορές οι γενετικές αιτίες νόσων όπως ο διαβήτης, η υπέρταση, ή οι νευροεκφυλιστικές διαταραχές ανιχνεύονται όχι μέσα στα γονίδια, αλλά στα ενδιάμεσα τμήματα του DNA. Η παρούσα μελέτη προσφέρει επιτέλους έναν χάρτη αυτών των «ενδιάμεσων» περιοχών.
Ένα σημαντικό επωφελές συμπλήρωμα της έρευνας είναι η δημιουργία ενός εκτενούς και υψηλής ποιότητας dataset. Αυτά τα δεδομένα είναι ανεκτίμητα για την εκπαίδευση συστημάτων Τεχνητής Νοημοσύνης. Η ομάδα DeepMind της Google αξιοποιεί ήδη τα αποτελέσματα της έρευνας για τη βελτίωση του μοντέλου AlphaGenome, με στόχο την πρόβλεψη γονιδιακής ρύθμισης.
Αυτό σημαίνει ότι στο μέλλον οι υπολογιστικοί βιολόγοι δεν θα χρειάζεται να περνούν χρόνια σε πειράματα για κάθε τμήμα του DNA, αλλά θα μπορούν να προβλέπουν με ακρίβεια τους ενεργούς διακόπτες, επιταχύνοντας τη ροή της έρευνας.
Προς μια ιατρική ακριβείας
Ενώ απέχουμε ακόμη από την κλινική εφαρμογή, τα ευρήματα θέτουν τις βάσεις για στοχευμένες γενετικές θεραπείες. Το γεγονός ότι πολλοί από αυτούς τους διακόπτες λειτουργούν αποκλειστικά σε συγκεκριμένους τύπους κυττάρων (όπως τα αστροκύτταρα) προσφέρει μοναδικές ευκαιρίες. Στο μέλλον, θα μπορούμε να ρυθμίζουμε τη λειτουργία γονιδίων μόνο στα νοσούντα κύτταρα, αφήνοντας ανέπαφους τους υγιείς νευρώνες.
Ενδεικτικά, το πρώτο εγκεκριμένο φάρμακο γονιδιακής θεραπείας για τη δρεπανοκυτταρική αναιμία στοχεύει σε έναν εξειδικευμένο κυτταρικό διακόπτη. Η έρευνα του UNSW παρέχει ενδείξεις ότι η ίδια λογική μπορεί να εφαρμοστεί και στις πολύπλοκες εγκεφαλικές διαταραχές.
Κατανοώντας την «ηλεκτρολογική εγκατάσταση» του κυττάρου, όπως σημειώνουν οι ερευνητές, κάνουμε το πρώτο ουσιαστικό βήμα ώστε μελλοντικά να μπορέσουμε να την επισκευάσουμε. Το 98% του DNA μας δεν είναι πλέον «άχρηστο», αλλά ο χάρτης για θεραπευτικές προσεγγίσεις του μέλλοντος.
