AI mengungkap hubungan genetik dalam penuaan, penyakit kronis, dan faktor gaya hidup di sembilan sistem organ

Sebuah studi baru-baru ini yang diterbitkan dalam jurnal Penuaan Alami menyelidiki arsitektur genetika kesenjangan usia biologis (BAG) yang berasal dari kecerdasan buatan (AI) untuk berbagai sistem organ dan hubungannya dengan gaya hidup, penyakit kronis, dan penuaan.

Penuaan merupakan proses biologis yang memiliki banyak sisi yang dibentuk oleh gaya hidup, faktor genetik, dan lingkungan, yang memengaruhi sistem organ dan menyebabkan penyakit kronis. Menguraikan heterogenitas fenotipik penuaan di seluruh organ dapat menghasilkan kemajuan dalam pengobatan presisi. Satu studi menyelidiki heterogenitas ini menggunakan AI untuk memperkirakan BAG.

BAG merupakan perbedaan antara usia individu yang diprediksi AI dan usia kronologis. Meskipun ada kemajuan dalam penelitian multiorgan, masih ada dua pertanyaan: Varian genetik mana yang memengaruhi heterogenitas fenotipik BAG, dan bagaimana keduanya saling terkait secara kausal, faktor gaya hidup, dan penyakit kronis?

Belajar: Usia biologis multiorgan menunjukkan bahwa tidak ada sistem organ yang berdiri sendiriKredit Gambar: Ws Studio1985 / Shutterstock

Studi dan temuan

Dalam penelitian ini, para peneliti menggunakan genomik komputasional dan AI untuk mengeksplorasi arsitektur genetik BAG untuk sembilan sistem organ dan hubungan kausal serta asosiasinya dengan faktor gaya hidup, penuaan organ, dan penyakit kronis. Mereka menggunakan data multiomik dari lebih dari 370.000 peserta dari Biobank Inggris Raya (UK).

Pertama, regresi vektor pendukung digunakan untuk memperoleh BAG untuk sistem metabolik, muskuloskeletal, kardiovaskular, mata, otak, imun, ginjal, hati, dan paru menggunakan data pencitraan klinis dan organ-spesifik. BAG disesuaikan sebagai fenotipe dalam studi asosiasi genom-lebar (GWAS) untuk mengidentifikasi sinyal genetik independen, yaitu lokus.

Selanjutnya, beberapa analisis hilir dilakukan untuk memvalidasi sinyal genetik. Ini termasuk estimasi heritabilitas berdasarkan polimorfisme nukleotida tunggal, analisis ekspresi gen spesifik jaringan, analisis pengayaan set gen, analisis jaringan gen-obat-penyakit, analisis kausalitas, dan korelasi genetik.

Secara keseluruhan, 393 pasangan lokus genomik BAG yang terkait dengan sembilan BAG telah diidentifikasi. Para peneliti mencatat spesifisitas organ serta hubungan silang antar organ. Korelasi fenotipik dan genetik antara BAG serupa, mendukung dugaan Cheverud (bahwa korelasi fenotipik kemungkinan merupakan perkiraan korelasi genetik yang wajar).

Analisis ekspresi gen spesifik jaringan memvalidasi sinyal genetik, yang menunjukkan pengayaan spesifik organ. Artinya, gen yang terkait dengan BAG kardiovaskular diekspresikan secara berlebihan atau diperkaya dalam jaringan arteri dan jantung. Lebih lanjut, tim mengidentifikasi potensi hubungan kausal antara BAG, faktor gaya hidup (misalnya, berat badan dan tidur), dan penyakit kronis (misalnya, diabetes dan penyakit Alzheimer).

Kesimpulan

Secara bersamaan, penelitian ini menegaskan bahwa sistem organ tidak berfungsi secara terpisah, dengan menyoroti korelasi khusus organ dalam organ dan hubungan antar sistem organ. Hubungan antar organ menunjukkan bahwa obat untuk penyakit dalam sistem organ yang berbeda dapat digunakan kembali, yang dapat meningkatkan tingkat keberhasilan pengembangan obat. Keterbatasan penelitian ini meliputi temuan yang tidak dapat digeneralisasikan ke berbagai kelompok etnis.

“Kami sangat antusias dengan studi ini dan berbagai kemungkinan penelitian di masa mendatang. Kami memperkirakan adanya pergeseran paradigma dari pendekatan organ tunggal ke pendekatan multiorgan, yang memungkinkan pemodelan penuaan dan penyakit manusia yang lebih komprehensif.” – Junhao Wen, penulis utama.

Meskipun terdapat korelasi kuat dalam nilai beta GWAS antara populasi Eropa dan kelompok leluhur lainnya, penelitian harus difokuskan pada kelompok yang kurang terwakili. Selain itu, perbedaan jenis kelamin terlihat jelas dalam beberapa sistem organ, terutama BAG kardiovaskular. Secara keseluruhan, hasil penelitian menunjukkan bahwa penelitian ini harus dieksplorasi secara lebih komprehensif, dengan mempertimbangkan penyakit dan penuaan secara bersamaan, karena perbedaan jenis kelamin sering terjadi pada penyakit kronis, termasuk autisme dan penyakit Alzheimer.