Onderzoekers van het Cleveland Clinic Genome Center hebben met succes geavanceerde genetische AI-modellen toegepast op de ziekte van Parkinson. Onderzoekers identificeerden naast genetische factoren die van invloed zijn op de progressie van de ziekte ook bestaande, en dus goedgekeurde, medicijnen die mogelijk ingezet kunnen worden voor de behandeling van Parkinson.
Voor het onderzoek is gebruik gemaakt van de zogenoemde ‘systeembiologie’ benadering. Daarbij wordt AI ingezet om informatie uit verschillende bronnen, zoals genetische, proteomische, farmaceutische en patiëntgegevens, te integreren en te analyseren om patronen te identificeren die misschien niet ontdekt worden wanneer slechts één gegevensbron wordt gebruikt. “De ziekte van Parkinson is de op één na meest voorkomende neurodegeneratieve aandoening, vlak na dementie, maar we hebben geen manier om de progressie te stoppen of te vertragen bij de miljoenen mensen die wereldwijd met deze aandoening leven; het beste wat we op dit moment kunnen bereiken is het beheersen van de symptomen op het moment dat ze zich voordoen,” zegt eerste auteur van de studie Lijun Dou, Ph.D.
Parkinson progressie
Op dit moment is er nog geen (genezende) behandeling voor de ziekte van Parkinson. Er zijn wel methoden, zoals deep brain stimulation, die de symptomen van de ziekte kunnen beperken. Ook op dat gebied wordt veel progressie geboekt, bijvoorbeeld met adaptieve diepe brein stumulatie.
Het maken van verbindingen die de progressie van de ziekte van Parkinson stoppen of omkeren is vooral een uitdaging omdat nog steeds niet (helemaal) duidelijk welke genen welke symptomen van de ziekte van Parkinson veroorzaken als ze gemuteerd zijn. “Veel van de bekende genetische mutaties die in verband worden gebracht met de ziekte van Parkinson bevinden zich in niet-coderende gebieden van ons DNA en niet in de eigenlijke genen. We weten dat varianten in niet-coderende gebieden op hun beurt de functie van verschillende genen kunnen beïnvloeden, maar we weten niet welke genen worden beïnvloed bij de ziekte van Parkinson,” aldus Dou.
Met behulp van het door de onderzoekers ontwikkelde integratieve AI-model was het team in staat om genetische varianten die in verband worden gebracht met de ziekte van Parkinson te vergelijken met meerdere hersenspecifieke DNA- en genexpressiedatabases. Hierdoor kon het team afleiden welke specifieke genen in onze hersenen worden beïnvloed door varianten in niet-coderende gebieden van ons DNA.
Data combineren
Het team combineerde de bevindingen vervolgens met eiwit- en interactoomdatasets om te bepalen welke van de geïdentificeerde genen andere eiwitten in onze hersenen beïnvloeden als ze gemuteerd zijn. Ze vonden verschillende potentiële risicogenen (zoals SNCA en LRRK2), waarvan van veel bekend is dat ze ontstekingen in onze hersenen veroorzaken als ze ontregeld zijn.
Het onderzoeksteam vroeg zich vervolgens af of er medicijnen op de markt waren die gericht konden worden op de geïdentificeerde genen. Zelfs nadat succesvolle medicijnen zijn ontdekt en gemaakt, kan het gemiddeld 15 jaar van strenge veiligheidstesten duren voordat de medicijnen worden goedgekeurd.
“Mensen die op dit moment leven met de ziekte van Parkinson kunnen het zich niet veroorloven om zo lang te wachten op nieuwe opties omdat hun aandoening zich blijft ontwikkelen. Als we medicijnen kunnen gebruiken die al door de FDA zijn goedgekeurd en deze kunnen aanpassen voor de ziekte van Parkinson, kunnen we de tijd tot we patiënten meer opties kunnen geven aanzienlijk verkorten”, vertelt Feixiong Cheng, onderzoeksleider en CCGC-directeu. Cheng is een vooraanstaand expert op het gebied van systeembiologie en heeft meerdere AI-raamwerken ontwikkeld om potentiële nieuwe behandelingen voor de ziekte van Alzheimer te identificeren.
Genetische bevinding integreren
Door hun genetische bevindingen te integreren met beschikbare farmaceutische databases, vond het team meerdere kandidaat-geneesmiddelen. Vervolgens keken ze in elektronische patiëntendossiers of er verschillen waren in de diagnose van de ziekte van Parkinson bij patiënten die de geïdentificeerde geneesmiddelen gebruikten. Mensen die bijvoorbeeld het cholesterolverlagende middel simvastatine voorgeschreven kregen, hadden minder kans om tijdens hun leven de diagnose Parkinson te krijgen.
De volgende stap, zo stelt Cheng, is om te testen of simvastatine de ziekte in het laboratorium kan behandelen, samen met verschillende immunosuppressieve en angstremmende medicijnen die verder onderzoek verdienen. “Met traditionele methoden zouden alle stappen die we ondernamen om genen, eiwitten en medicijnen te identificeren zeer veel middelen en tijd kosten.Dankzij onze integratieve netwerkanalyses konden we dit proces aanzienlijk versnellen en meerdere kandidaten identificeren, wat onze kans op het vinden van nieuwe oplossingen vergroot”, voegt Dr. Dou daar aan toe.
