Un grupo de investigadores de la Universidad de California en San Diego logró identificar por primera vez el patrón de ADN del iniciador, un elemento regulador que marca el punto exacto en el que comienza la expresión de un gen
El hallazgo, publicado en Genes & Development, abre la puerta a predecir cómo pueden afectar ciertas mutaciones a procesos biológicos vinculados con enfermedades como el cáncer
Una pieza clave del arranque génico
El iniciador, también conocido como initiator o elemento Inr, es una secuencia que rodea el sitio donde empieza la transcripción. Allí, la célula inicia la lectura del ADN para producir ARN y, a partir de ese paso, proteínas, enzimas, hormonas y otros componentes esenciales
Cuando ese mecanismo falla, algunos genes pueden dejar de activarse como corresponde. Las consecuencias van desde alteraciones celulares hasta el desarrollo de tumores
Medio millón de variantes para entrenar el modelo
El trabajo fue liderado por Torrey Rhyne-Carrigg, investigador doctoral del laboratorio de James T. Kadonaga. El equipo generó y analizó unas 500.000 variantes de la secuencia del iniciador
Luego midió la actividad génica asociada a cada una mediante secuenciación de ADN de alto rendimiento y usó esos datos para entrenar un algoritmo de aprendizaje automático
Con ese proceso, el sistema aprendió a reconocer qué patrones de bases favorecen el inicio de la transcripción y construyó una firma computacional del iniciador
Aplicación directa en el genoma humano
Al aplicar el modelo al genoma humano, los investigadores identificaron el iniciador en alrededor del 60% de los genes
Según Kadonaga, la IA permitió obtener predicciones sólidas sobre la presencia o ausencia de ese elemento y descifrar su patrón de secuencia de bases
El modelo no solo distingue una secuencia fija, sino también las preferencias funcionales que separan a los iniciadores activos de los menos eficientes o inactivos
Un avance con potencial médico
La utilidad del hallazgo va más allá de la biología básica. Entre los genes regulados por el iniciador hay genes específicos de tejidos y otros vinculados al cáncer
Eso convierte al nuevo modelo en una herramienta para evaluar el impacto de mutaciones puntuales. Si una variante altera el iniciador de un gen relacionado con el control del crecimiento celular, el sistema podría anticipar si esa mutación afecta su expresión y en qué medida
Además, los datos obtenidos podrían servir para diseñar promotores sintéticos, secuencias artificiales capaces de encender o apagar genes con funciones definidas
Señal de una conservación evolutiva
Los patrones encontrados en el genoma humano resultaron prácticamente idénticos a los observados en Drosophila melanogaster, la mosca de la fruta
Para los autores, esa conservación sugiere que el iniciador es un mecanismo antiguo y fundamental en la regulación génica de los animales
El siguiente paso: el código completo
Kadonaga enmarca este avance dentro de una meta mayor: construir un modelo de IA capaz de describir el código completo de expresión génica humana
Ese sistema permitiría anticipar la actividad de distintas variantes genéticas en diferentes personas y en distintos tipos de células
El estudio contó con apoyo de los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos, y utilizó recursos computacionales del clúster Expanse del Centro de Supercomputación de San Diego