L’activation précise de dizaines de milliers de gènes est essentielle au développement et à la croissance sains. Des segments spécialisés de notre ADN sont chargés d’orchestrer soigneusement les séquences génétiques qui aboutissent à la production d’enzymes, d’hormones, de protéines et d’autres composants cruciaux sous-jacents à la structure et au fonctionnement des cellules. Mais si ces gènes ne sont pas correctement activés, les cellules peuvent cesser de fonctionner ou entraîner divers troubles, dont le cancer.
Pour bien comprendre les séquences spécifiques de l’ADN qui permettent l’activation des gènes, des chercheurs du laboratoire du professeur James T. Kadonaga de l’Université de Californie à San Diego ont entrepris de déchiffrer un segment important de l’ADN connu sous le nom d’« initiateur ». C’est le site où les instructions codées dans les gènes sont pour la première fois converties ou exprimées en produits fonctionnels.
Dans la nouvelle étude menée par Torrey Rhyne-Carrigg, étudiante-chercheuse diplômée, les scientifiques ont utilisé la technologie de séquençage de l’ADN à haut débit pour déterminer l’activité d’expression génique d’environ 500 000 versions différentes de l’initiateur. Avec ces informations, ils ont utilisé l’apprentissage automatique, un type d’intelligence artificielle, pour créer un modèle d’IA qui a ensuite décodé le modèle ADN de signature de l’initiateur. Une fois l’identité de l’ADN de l’initiateur démasquée, les chercheurs ont pu rechercher sa séquence révélatrice et découvrir qu’environ 60 % des gènes humains contiennent l’initiateur.
Ces modèles d’IA se sont avérés fournir, pour la première fois, de fortes prédictions de la présence ou de l’absence de l’initiateur dans les gènes humains, et ont ainsi pu décoder le modèle de séquence de bases d’ADN de l’initiateur.
James T. Kadonaga, professeur, département de biologie moléculaire de l’UC San Diego, école des sciences biologiques
Les informations récemment découvertes donnent aux chercheurs la possibilité de prédire les effets des mutations de l’ADN pouvant conduire à divers troubles liés à l’initiateur. Les données et les modèles résultant de la nouvelle étude pourraient également être utilisés pour concevoir des promoteurs synthétiques, des séquences qui activent et désactivent les gènes, avec des fonctions personnalisées.
« Plus globalement, ces travaux constituent un pas en avant dans l’utilisation combinée des expériences en laboratoire et de l’IA pour déchiffrer les informations contenues dans la séquence des bases de l’ADN chez l’homme », a déclaré Kadonaga. « En fin de compte, dans les six milliards de bases d’ADN de chacune de nos cellules, il existe un code d’expression génique qui spécifie quand, où et dans quelle mesure chacun de nos gènes doit être activé ou désactivé. Si nous avions un modèle d’IA pour l’ensemble du code d’expression génique, nous serions en mesure de prédire l’activité de chacune des différentes variantes de gènes chez différentes personnes. Le nouveau modèle d’IA pour l’initiateur est une partie petite mais importante de ce code d’expression génique, et je suis optimiste que nous élargirons nos modèles d’IA du code d’expression des gènes humains dans un avenir pas trop lointain.
