AIを活用した遺伝子マップが隠れた制御センターを明らかにするアルツハイマー病病気 — そして治療に対する新たな希望を示しています。
カリフォルニア大学アーバイン校のジョー・C・ウェン人口・公衆衛生大学院のミン・チャン氏とダバオ・チャン氏率いる研究チームは、アルツハイマー病の影響を受けた脳細胞において遺伝子がどのように相互に直接制御し合っているかを示す、これまでで最も包括的な地図を作成した。これらのマップは、どの遺伝子が関連しているかを示すだけではありません。彼らは、どの遺伝子が実際にさまざまな種類の脳細胞内の変化を引き起こしているかを特定します。
それらを構築するために、科学者たちは機械学習シグネットというシステム。パターンや相関関係のみを検出する従来のアプローチとは異なり、SIGNET は遺伝子間の因果関係を明らかにするように設計されています。この方法を使用して、研究チームはアルツハイマー病に見られる記憶喪失と進行性損傷に寄与する可能性のある重要な生物学的経路を特定しました。
調査結果は、アルツハイマー病と認知症: アルツハイマー病協会ジャーナル。この研究は、将来の治療の有望な標的となる可能性がある新たに同定された遺伝子にも焦点を当てています。資金援助の一部は国立老化研究所と国立がん研究所から提供されました。
アルツハイマー病において遺伝子相互作用が重要な理由
アルツハイマー病は認知症の最も一般的な原因であり、2060年までに1,400万人近くのアメリカ人が罹患すると予想されている。研究者らはすでにAPOEやAPPを含むいくつかの遺伝子をこの病気に結び付けているが、これらの遺伝子がどのようにして正常な脳機能を妨害するのか正確には不明のままだ。
「アルツハイマー病では、さまざまな種類の脳細胞がそれぞれ異なる役割を果たしていますが、それらが分子レベルでどのように相互作用するかは依然として不明です」と、共連絡著者で疫学・生物統計学のミン・チャン教授は述べた。 「私たちの研究は、アルツハイマー病の脳における遺伝子調節の細胞型特異的マップを提供し、相関関係の観察から病気の進行を積極的に引き起こす原因メカニズムの解明へと分野を移行させています。」
SIGNET が原因と結果を明らかにする方法
研究チームは、宗教教団研究およびラッシュ記憶と老化プロジェクトとして知られる長期老化研究に登録した272人の参加者から提供された脳組織からの単細胞分子データを分析した。 SIGNET は、シングルセルを組み合わせたスケーラブルな高性能コンピューティング フレームワークとして開発されました。RNA全ゲノム配列データを使用した配列決定。この統合により、研究者らはゲノム全体にわたる因果関係を追跡できるようになりました。
このアプローチを使用して、彼らは 6 つの主要な脳細胞タイプの原因遺伝子制御ネットワークを構築しました。これにより、相関関係に基づくツールでは確実に決定できない、どの遺伝子が他の遺伝子の活動を指示している可能性が高いかを正確に特定することが可能になりました。
「ほとんどの遺伝子マッピングツールは、どの遺伝子が一緒に動くかを示すことはできますが、どの遺伝子が実際に変化を引き起こしているのかを知ることはできません」と、共催著者で疫学・生物統計学の教授であるダバオ・チャン氏は言う。 「一部の手法では、遺伝子間のフィードバック ループを無視するなど、非現実的な仮定を立てています。私たちのアプローチは、コード化された情報を利用しています。DNA脳内の遺伝子間の真の因果関係を特定できるようになります。」
主要な脳細胞における主要な遺伝子再配線
最も顕著な障害は、活性化信号を送る神経細胞である興奮性ニューロンで見つかりました。約6,000の原因と結果の遺伝子相互作用を分析した結果、アルツハイマー病の進行に伴い、これらのニューロンが広範な遺伝子再配線を受けることが示されました。
研究者らはまた、他の多くの遺伝子に影響を与える中心的な調節因子として機能する、影響力のある数百の「ハブ遺伝子」を特定した。これらのハブ遺伝子は広範囲に影響を与えるため、疾患関連の損傷を引き起こす上で大きな役割を果たしている可能性があり、早期発見や早期治療の貴重な標的となる可能性があります。この研究はさらに、抑制性ニューロンの他の遺伝子に強い影響を与えることが示されているAPPなどのよく知られた遺伝子のこれまで認識されていなかった調節的役割を明らかにした。
結論を強化するために、研究チームは人間の脳サンプルの独立したコレクションを使用して結果を再現しました。この検証により、特定された遺伝子関係がアルツハイマー病に関与する実際の生物学的プロセスを反映しているという確信が高まります。
SIGNET は、アルツハイマー病以外にも、がん、自己免疫疾患、精神的健康状態など、他の複雑な状態の研究にも役立つ可能性があります。
参考文献：「相関関係から因果関係へ：アルツハイマー病における細胞型特異的遺伝子制御ネットワーク」2026 年 2 月 12 日アルツハイマー病と認知症.
カリフォルニア大学アーバイン校の Danni Liu、Zhongli Jiang、Hyunjin Kim、Anke M. Tukker、Ashish Dalvi、Junkai Xie、Yan Li、Chongli Yuan、Aaron B. Bowman、Dabao Zhang、Min Zhang がこの研究に貢献しました。
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