IA a găsit cheia îmbătrânirii: gena care schimbă celulele stem din sânge

Inteligența artificială identifică un mecanism al îmbătrânirii celulelor stem din sânge

Cercetătorii de la Universitatea Tohoku din Japonia au folosit inteligența artificială pentru a identifica un mecanism implicat în îmbătrânirea celulelor stem hematopoietice, cele care produc sângele. Analiza a condus la Pbx1, un factor de transcripție ce pare să contribuie la schimbarea comportamentului acestor celule odată cu vârsta. Modelul AI a restrâns numărul de posibilități, iar rezultatele au fost verificate experimental prin analize genetice, epigenetice și experimente pe șoareci. Studiul a fost publicat în revista Science Advances.

Două programe genetice active simultan în celulele îmbătrânite

Celulele stem hematopoietice din măduva osoasă produc globule roșii, globule albe și trombocite. Odată cu vârsta, numărul lor poate crește, dar capacitatea de a produce un sistem sanguin echilibrat scade. Celulele îmbătrânite produc mai puține globule roșii și limfocite și se orientează mai mult către trombocite, ceea ce a fost asociat cu anemia, reducerea imunității și formarea cheagurilor. Cercetătorii au descoperit că celulele stem îmbătrânite activează simultan două programe genetice: unul menține starea imatură, iar al doilea le pregătește pentru producția de megacariocite. Aceste schimbări nu apar brusc, ci se construiesc treptat de-a lungul vieții.

Cum a fost folosită inteligența artificială

Echipa a utilizat Geneformer, un model bazat pe arhitectura Transformer, antrenat pe date privind expresia genelor din aproximativ 30 de milioane de celule, apoi adaptat cu date de la circa 160.000 de celule stem tinere și îmbătrânite. Analiza a produs 143 de gene candidate, verificate ulterior experimental. Pbx1 a ieșit în evidență ca punct central al rețelei genetice asociate îmbătrânirii. Când activitatea Pbx1 a fost crescută în celule stem tinere, acestea au început să prezinte caracteristici ale celulelor îmbătrânite: până la 73,3% dintre genele activate de Pbx1 erau și ele active în celulele îmbătrânite. Transplantate la șoareci, celulele modificate au produs mai puține globule roșii și mai multe trombocite, mecanismul implicând reprimarea genei Gata1.

O stare biologică distinctă, nu doar degradare

Keiyo Takubo, unul dintre coordonatorii cercetării, a explicat că celulele stem îmbătrânite nu sunt simple versiuni slabe ale celor tinere, ci intră într-o stare stabilă și distinctă. Această concluzie poate explica de ce creșterea numărului de celule stem nu este suficientă pentru a restabili producția de sânge la nivelul tinereții. Modificările pot contribui la anemia asociată vârstei, la formarea cheagurilor și posibil la hematopoieza clonală și unele cancere ale sângelui. Identificarea Pbx1 oferă o țintă pentru cercetarea viitoare, dar experimentele au fost realizate pe celule și șoareci, iar aplicarea la oameni rămâne de stabilit.