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腫瘍抑制遺伝子変異の理解が進む

この研究は、腫瘍抑制遺伝子の突然変異ががんリスクにどんな影響を与えるかを探ってるよ。

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がん遺伝子変異に関する新しがん遺伝子変異に関する新しい知見スクの関連性を研究してるよ。先進的なモデルを通じて、遺伝子変異と癌リ
目次

腫瘍抑制遺伝子は細胞の成長をコントロールして癌を防ぐのに重要なんだ。これらの遺伝子は損傷したDNAを修復する手助けをするんだけど、突然変異が起こると乳癌みたいな病気につながることがあるんだ。よく知られている腫瘍抑制遺伝子にはBRCA1、BRCA2、PALB2、RAD51Cがあって、これらは相同修復(HDR)って呼ばれる過程に関わってる。この過程では壊れたDNA鎖を修復するんだ。

突然変異を理解する重要性

これらの遺伝子に突然変異があると、機能に影響を与えることがある。科学者たちは特定のタイプの突然変異についてはたくさんのことを知ってるけど、特にミスセンス突然変異みたいな小さな変化についてはまだ十分に理解されてないんだ。これらは不確定意義の変異株って呼ばれることが多い。この不明確さのせいで、医者たちがこれらの突然変異が乳癌のリスクにどれだけ影響するか判断するのが難しくなってる。

科学者たちが遺伝子の突然変異を研究する方法

突然変異の影響をより理解するために、研究者たちはコンピューターモデルと実験室でのテストを組み合わせて使ってる。コンピューターモデルはDNAの配列やタンパク質の形状みたいな特徴を分析して、遺伝子の変化が機能にどんな影響を与えるかを予測するんだ。

異なるコンピューターメソッドは、突然変異が起こったときにタンパク質がどれだけ安定しているかをチェックする。突然変異に関連するエネルギーの変化を測定することで、研究者たちは突然変異がタンパク質の機能を失わせるかどうかを推測できるんだ。

実験的手法の役割

コンピューターモデルに加えて、科学者たちは実験的手法も使う。一つの一般的なアプローチは、変異の影響を多重アッセイ(MAVE)っていう方法でテストすること。これは細胞がどのように変化に反応するかを観察して、突然変異が遺伝子の機能に与える影響を測るんだ。研究者たちは細胞の生存や成長を測定して、突然変異がHDR活性にどんな影響を与えるかを把握する。

MAVEは貴重な洞察を提供できるけど、予測が難しいこともある。信頼できる結果を得るには複数のテストが必要なことが多いし、特定の遺伝子の一部にだけ焦点を当てて、他の突然変異に気づかないこともある。

インシリコモデルの限界

インシリコメソッド(コンピュータ上で実行されるもの)は便利だけど、突然変異を分類するにはあまり信頼性が高くないと見なされてる。突然変異の有害な影響を予測するための新しいツール、AlphaMissenseやMetaRNNがあるけど、特定の遺伝子における効果はまだ研究中なんだ。

この研究の目的

研究の目的は、タンパク質の安定性がHDR遺伝子の機能にどれほど関係しているかを見ること。研究者たちはコンピュータ生成のタンパク質構造を使って、BRCA1、BRCA2、PALB2、RAD51Cの突然変異がその機能にどう影響するかを予測したんだ。

生成AIモデルの比較

この研究では、特にAlphaFold2(AF2)っていうAIモデルの進展を利用したんだ。このモデルは、実験室で観察された構造に近いタンパク質構造を予測できることが確認されてる。AF2は、異なるモデルがどれだけタンパク質構造を予測できるかを測るコンペでテストされたこともある。

研究者たちはAF2で作られた構造をもう一つのモデルESMFoldと比較したんだ。AF2がより正確な予測を生成したことが分かった。これは、正確な構造データが突然変異がタンパク質の機能にどう影響するか理解するのに役立つから重要なんだ。

予測と実験データの検証

研究者たちは、彼らの予測が実際の観察とどれだけ一致しているかを確認するためにMAVEアッセイのデータも調べた。彼らは予測を実験室での実際の機能測定と結びつける方法を見つけたんだ。

統計的方法を使って、予測されたエネルギー変化(突然変異に関連する)がターゲット遺伝子の機能損失にどれだけ対応するかを評価した。一般的に、彼らの結果はタンパク質の安定性と、突然変異が研究された遺伝子での機能損失につながる可能性の強い関係を示していた。

研究からの発見

  1. タンパク質の安定性と機能: 結果はタンパク質の安定性と遺伝子の機能との間に重要なつながりがあることを示した。突然変異によって安定性を失ったタンパク質は、機能を失う可能性が高くて、病気につながるかもしれない。

  2. 異なるモデルの効果: FoldX、Rosetta、DDGun3Dがタンパク質の安定性変化を予測する能力をテストされた。一般的にFoldXモデルがより良いパフォーマンスを示して、特にAF2生成の構造と組み合わせた時に効果的だった。

  3. ドメイン特有の予測: 研究者たちは、安定性が遺伝子の機能に与える影響がタンパク質の異なる部分(ドメイン)によって異なることに気づいた。例えば、BRCA1とBRCA2の特定のドメインは異なる予測能力を示した。

  4. 予測ツールの限界: FoldXや他のモデルは役立つ洞察を提供したけど、完璧ではない。予測にはノイズや変動があることがあって、すべての予測が正確とは限らない。

  5. 他の予測ツールとの比較: 研究ではインシリコ予測器と実験結果を比較して、AlphaMissenseのような新しいインシリコモデルが研究された遺伝子全体で機能損失を予測するのに良い結果を出していることも確認した。

結論

この研究は、腫瘍抑制遺伝子の突然変異の影響を理解するために先進的なAIツールを使う重要性を強調してる。突然変異がタンパク質の安定性に与える影響に関する予測の精度を向上させることで、科学者たちは特定の遺伝子変化に関連するリスクをよりよく評価できるようになるんだ。

さらに、実験データと計算予測の組み合わせは、突然変異が乳癌にどのようにつながるかについてより包括的な見解を提供できる。まだ多くの未解決の疑問があるけど、この研究はこれらの重要な遺伝子と癌における役割を理解する一歩になるんだ。

今後の方向性

今後、研究者たちは彼らの発見が乳癌の診断ツールや治療法の開発にどう役立つかを探ることを目指しているんだ。彼らは生成AIやインシリコモデルの使用を拡大して、より複雑で理解されていないタンパク質の領域を含むことを望んでいる。また、予測を検証し理解を深めるために、実験アッセイからのデータセットをもっと拡充する必要もある。

全体として、この研究は計算手法と実験を組み合わせることで癌遺伝学の分野を進展させ、患者ケアを改善する可能性を浮き彫りにしてるんだ。

オリジナルソース

タイトル: Generative AI impact on protein stability prediction in breast cancer genes

概要: The functional classification of a missense variant in cancer predisposition genes is often challenging due to how rare the variant is observed in the population. When available, clinicians utilize a combination of family history, in vitro functional assays and in silico methods to infer protein function. In silico methods, such as missense predictors (predict changes in protein function) and protein stability predictors (predict changes in free energy) have been used to help classify a missense variant in accordance with the American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG) guideline. To measure protein stability, many in silico algorithms predict stability based on the change of free energy and most accurate protein stability predictors require a wild-type protein template. In this study, we examine the use of generative AI to predict high-resolution protein structures as templates analyzed with protein stability methods to evaluate loss of function (LOF) activity in cancer predisposition genes BRCA1, BRCA2, PALB2 and RAD51C upon the presence of missense variant. Utilizing multiplexed assay of variant effect measurements and variant classifications from ClinVar, we find that prediction of Gibbs free energy ({Delta}{Delta}G) from AlphaFold2 (AF2) structures analyzed with FoldX predicts LOF better than experimental-derived wild type structures in the BRCT domain of BRCA1 and the DNA binding domain (DBD) of BRCA2, but not in PALB2 and RAD51C. We also find that AF2 structures in the BRCT domain of BRCA1 and DBD-Dss1 domain of BRCA2 analyzed with FoldX measure homologous DNA recombination (HDR) activity significantly better than Rosetta and DDGun3D. Our study also revealed that there are other factors that contribute to predicting loss of function activity other than protein stability, with AlphaMissense ranking the best overall predictor of LOF activity in these tumor suppressor breast cancer genes. Author SummaryThe stability of a protein, often expressed in terms of Gibbs free energy ({Delta}{Delta}G), is a critical factor in predicting loss of function (LOF) activity when a missense variant is present. The effect is higher in haploinsufficient genes like the tumor suppressor genes BRCA1, BRCA2, PALB2 and RAD51C. Protein stability predictors that utilizes a wild-type structure to make its predictions is often limited by the availability of experimentally-derived protein structures. Here, in our study we show that generative AI, like AlphaFold2 (AF2) can predict structures similar to experimentally-derived structures with high similarity. Furthermore, protein stability tools such as FoldX, Rosetta, and DDGun3D can be used in conjunction to measure changes in stability. From our study, we find that complex AF2 structures representing the BRCT domain of BRCA1 and DBD domain of BRCA2 analyzed by FoldX predicts function significantly better than the experimentally-derived structures. However, predicted |{Delta}{Delta}G| does not predict function better than purpose-built in silico missense predictors for protein function. Overall, we find the AlphaMissense is the best predictor to predict function in these tumor suppressor breast cancer genes.

著者: Rohan Gnanaolivu, S. Hart

最終更新: 2024-06-03 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.03.597089

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.03.597089.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

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