近日，《Nature Genetics》雜志發(fā)表的一項(xiàng)研究，結(jié)合人工智能技術(shù)，第一次證明了非遺傳性的非編碼DNA突變可能是導(dǎo)致自閉癥的病因。

以往，人們對(duì)于自閉癥和其他疾病的基因組測(cè)序研究，主要集中在基因組可編碼蛋白質(zhì)的部分。然而，這一部分僅占人類(lèi)基因組的2%，剩下98%的基因組為非編碼區(qū)域，既無(wú)法轉(zhuǎn)錄為信使RNA（mRNA），也不能指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，曾被認(rèn)為是“垃圾DNA”。近年來(lái)，隨著對(duì)基因組的研究不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)“垃圾DNA”并非“垃圾”。

關(guān)于“非編碼DNA突變可能導(dǎo)致遺傳性自閉癥風(fēng)險(xiǎn)”的最早研究，來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校。研究人員發(fā)現(xiàn)，新生基因突變（de novo mutation）只能解釋約1/3的自閉癥譜系障礙病例，其他的風(fēng)險(xiǎn)可能解釋為：非編碼DNA的罕見(jiàn)遺傳變異。他們把研究?jī)?nèi)容發(fā)表在2018年4月的《Science》雜志上。

隨后，研究人員對(duì)近2000個(gè)家庭進(jìn)行了全基因組測(cè)序研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，自閉癥兒童比他們的兄弟姐妹在啟動(dòng)子區(qū)（非編碼區(qū)）具有更多的新生突變，而非父母遺傳。這暗示了非編碼區(qū)域的新生突變可能是自閉癥的病因。

由于信息數(shù)量龐大，而且人們對(duì)非編碼區(qū)域的功能知之甚少，繪制關(guān)于自閉癥的非編碼區(qū)域的作用“地圖”非常困難。普林斯頓大學(xué)計(jì)算機(jī)教授Olga Troyanskaya與洛克菲勒大學(xué)神經(jīng)學(xué)家Robert Darnell共同領(lǐng)導(dǎo)了一項(xiàng)相關(guān)研究。

他們通過(guò)訓(xùn)練人工智能學(xué)習(xí)模型，來(lái)預(yù)測(cè)給定序列如何影響基因表達(dá)。他們分析了1790名自病癥患者和他們并未患病的父母及其兄弟姐妹的全基因組。之所以選擇這類(lèi)人群，是因?yàn)樗麄兓甲蚤]癥屬于新生突變，與遺傳無(wú)關(guān)。

這項(xiàng)分析模型預(yù)測(cè)了每個(gè)自閉癥兒童的非遺傳性非編碼突變的影響，也就是“垃圾DNA”。隨后，他們將這些預(yù)測(cè)結(jié)果與他們兄弟姐妹的非編碼未突變區(qū)域進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，與非編碼突變相關(guān)的自閉癥病例的數(shù)量與編碼區(qū)突變的病例數(shù)量相當(dāng)。換而言之，非編碼突變是自閉癥的另一重要病因。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，這些非編碼突變不僅改變了基因調(diào)控，還影響了人類(lèi)大腦中的基因表達(dá)和自閉癥相關(guān)基因，例如那些負(fù)責(zé)神經(jīng)元遷移和發(fā)育的基因。

接下來(lái)，研究人員將繼續(xù)改進(jìn)和更新人工智能的預(yù)測(cè)方法。他們希望在分析自閉癥的病因之后，進(jìn)一步改善遺傳數(shù)據(jù)在自閉癥診斷和治療中的應(yīng)用，重新思考這98%的“垃圾”基因能做些什么。