KI unterstützt die DNA-Forschung und bietet neue Möglichkeiten

Wenn sich eine menschliche Zelle teilt, muss ihre DNA genau verdoppelt werden. Dies ist für unsere Gesundheit unerlässlich. Wenn bei der DNA-Replikation Fehler auftreten, kann dies zu schweren Erkrankungen führen. Schätzungen zufolge könnten bis zu zwei Drittel aller Krebserkrankungen auf eine Ansammlung von Fehlern bei der DNA-Replikation zurückzuführen sein.

Aufgrund ihrer Bedeutung für die menschliche Gesundheit ist die DNA-Replikation zu einem intensiv untersuchten Bereich der biomedizinischen Forschung geworden. Bei einem besseren Verständnis darüber, wie Zellen die DNA-Replikation genau regulieren, und warum sie es manchmal nicht tun, könnten große Fortschritte bei der Prävention und Behandlung von Krankheiten gemacht, das Wohlbefinden verbessert und Leben gerettet werden.

In den 30 Jahren der DNA-Forschung hat ein Rätsel über das Verhalten eines MCM-Proteinkomplexes und seine Rolle bei der DNA-Replikation Wissenschaftler auf der ganzen Welt gespalten. Die paradoxen Tatsachen im Zusammenhang mit dem MCM-Komplex verblüfften die Forscher so sehr, dass sie als „MCM-Paradoxon“ bekannt wurden und bis heute ungelöst sind.

Dr. Hana Polasek-Sedlackova, preisgekrönte Wissenschaftlerin, machte kürzlich mehrere interessante Entdeckungen im Bereich der DNA-Replikation. Eine davon war die Lösung des MCM-Paradoxons, die durch den Einsatz der scanR High-Content-Screening-Station von Evident durch Dr. Hana Polasek-Sedlackova ermöglicht wurde, einer modularen mikroskopbasierten Bildgebungsplattform, die auf der TruAI Deep-Learning-Technologie basiert.
Aktive MCM-Komplexe konnten bei der DNA-Synthese an Stellen innerhalb einer Zelle bisher nie dargestellt werden, obwohl bekannt war, dass sie eine wichtige Rolle bei der DNA-Replikation spielen, währenddessen ein Überschuss an inaktiven MCM-Komplexen zu sehen war (das „Paradoxon“).

Mit ScanR High-Content-Imaging, der Markierung und Verfolgung von MCM-Komplexen konnten Dr. Hana Polasek-Sedlackova und ihr Team die MCM-Aktivität erfolgreich darstellen. Sie entdeckten, dass die übermäßig inaktiven MCM-Komplexe als natürliche Pausenstellen für die Replikation (NRPSs) fungieren und somit Fehler bei der DNA-Replikation minimieren.^1,2 Das Paradox wurde erklärt, und Dr. Hana Polasek-Sedlackova entdeckte, dass NRPSs ein attraktives neues Ziel für die Krebstherapie darstellen.

„Das scanR System spielte eine wichtige Rolle bei der Lösung des MCM-Paradoxons“, so Dr. Hana Polasek-Sedlackova. „Besonders beeindruckt hat mich die Fähigkeit, eine unvoreingenommene und vollautomatische Analyse zellulärer Prozesse durchzuführen. In Anbetracht der aktuellen Reproduzierbarkeitskrise in der wissenschaftlichen Forschung bin ich der festen Überzeugung, dass Forscher Werkzeuge einsetzen sollten, die es ermöglichen, Daten auf automatische Weise zu erhalten und zu analysieren und zelluläre Prozesse unverfälscht wiederzugeben.“

Auch wenn sie viele Funktionen des scanR Systems schätze, sei sie am meisten von der einzigartigen Verbindung zwischen automatischer Erfassung und Analyse beeindruckt gewesen, die die Durchführung einer Multiparameteranalyse der erfassten Bilder in Echtzeit ermöglichte.

„In der heutigen Ära der künstlichen Intelligenz (KI) ist die Bildanalyse über ihre bisherigen Grenzen hinausgegangen“, sagte sie. „Das scanR System verfügt über das TruAI Deep-Learning-Modul, das die Möglichkeiten meiner Forschung erweitert hat. Früher habe ich mich hauptsächlich auf die Analyse einzelner Zellen in großen Zellpopulationen kultivierter menschlicher Zelllinien konzentriert. Mit TruAI können wir aber zum Beispiel sehr präzise Bildanalysen von einzelnen Zellen in Organschnitten durchführen.“

Literaturnachweise

1. H. Polasek-Sedlackova, T.C.R. Miller, J. Krejci, M.-B. Rask, J. Lukas Solving the MCM paradox by visualizing the scaffold of CMG helicase at active replisomes. Nat Commun. 2022 Oct 14;13(1):6090. doi: 10.1038/s41467-022-33887-5. PMID: 36241664; PMCID: PMC9568601. https://www.nature.com/articles/s41467-022-33887-5

2. H. Sedlackova, M.-B. Rask, R. Gupta, C. Choudhary, K. Somyajit, J. Lukas, (21. Oktober 2020). Equilibrium between nascent and parental MCM proteins protects replicating genomes. Nature News. https://www.nature.com/articles/s41586-020-2842-3