Strukturální analýza genetických sítí v kontextu stárnutí
Současný výzkum se zaměřuje na mapování genových sítí se zřetelem na procesy stárnutí a s nimi spojená onemocnění. Vědecké týmy analyzují vzájemné vazby genů, jejich shluky a funkční propojení, aby lépe porozuměly mechanismům, které vedou k poklesu biologických funkcí v průběhu života. Výsledky naznačují existenci dvou odlišných kategorií genů, které se na těchto procesech podílejí.
První kategorii tvoří geny s širokým dopadem na organismus, které regulují základní funkce, jako je imunitní systém nebo činnost mitochondrií. Tyto geny jsou spojeny s celkovým procesem stárnutí a mají vztah k širokému spektru věkem podmíněných chorob. Druhou kategorii představují geny s užší specializací, které ovlivňují náchylnost k dysfunkcím konkrétních tkání či orgánů a jsou tak asociovány s konkrétními shluky onemocnění.
Poznatky z analýz dat UK Biobank
Výzkum využívající data z UK Biobank zkoumal 57 věkem podmíněných onemocnění (ARD). Síťové analýzy založené na vzájemných interakcích proteinů a databázích KEGG ukázaly, že geny spojené se stárnutím se nacházejí v těsné blízkosti mnoha genů souvisejících s věkem podmíněnými chorobami. Tento vztah je statisticky významný, i když se tyto dvě skupiny genů z velké části nepřekrývají.
Analýza dále ukázala, že široký dopad pleiotropních genů na rozvoj chorob nevyžaduje centrální postavení v síti ani plošnou expresi. Tyto geny častěji působí v rámci tkáňově specifických modulů. Tento model potvrzuje předpoklad, že pleiotropní geny zapojené do nemocí zasahují do rozmanitých biologických procesů, namísto aby se soustředily kolem jedné funkční osy.
Využití strojového učení při identifikaci genů
Prostřednictvím metod strojového učení byla vytvořena platforma pro predikci nových genů, které mohou souviset se stárnutím. Tento postup vychází z mapování konektivity genů ke shlukům asociovaným s věkem podmíněnými chorobami. Mezi geny s nejvyšší predikovanou hodnotou se nacházejí ty, které jsou součástí konzervovaných drah buněčné odpovědi na stres a signalizačních kaskád, konkrétně se jedná o dráhy MAPK, TGF-beta/SMAD a procesy fosforylace. Tyto výsledky podtrhují význam zmíněných drah pro systémovou adaptaci a udržování homeostázy během stárnutí.
Závěry výzkumu tak definují duální organizaci genetické architektury stárnutí a multimorbidity. Geny spojené se stárnutím fungují jako integrátory napříč systémy, které udržují regulační rovnováhu, zatímco pleiotropní geny spojené s konkrétními shluky onemocnění slouží jako lokální činitelé zvyšující zranitelnost vůči chorobám. Tento integrovaný pohled umožňuje pochopit, jak vnitřní mechanismy stárnutí a imunitní náchylnost společně formují profil lidské multimorbidity.