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Translatomer:深度学习在基因翻译调控研究中的新突破

找药助理
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关键词: #健康资讯

  最近,浙江大学良渚实验室及附属第二医院的熊旭深课题组在《Nature Machine Intelligence》期刊上发表了一项引人注目的研究,题为《Deep learning prediction of ribosome profiling with Translatomer reveals translational regulation and interprets disease variants》。该研究开发了名为Translatomer的多模态深度学习模型,基于Transformer架构,旨在填补mRNA表达与蛋白质水平之间的差距,并解析复杂疾病的遗传变异对基因翻译的调控作用,为机制尚不明确的疾病相关遗传变异提供全新的分子机制见解。

  Translatomer模型将基因序列和RNA-seq数据作为多模态输入,以核糖体印记(ribosome profiling)信号作为模型输出,专注于预测细胞特异性的翻译过程。模型的构建由输入层、Transformer主干层和输出层组成。具体而言,每个基因的RNA-seq数据和one-hot编码表示的基因序列被编码为512维的token,以便进行信号合并,作为Translatomer的输入。

  在模型的运作中,输入数据首先通过一维卷积层进行编码,随后经过包含12层自注意力机制的Transformer主干模块,以提取RNA-seq和基因序列之间的交互特征。最终,输出层将提取的信号解码为核糖体印记信号。研究者利用来自33种不同组织或细胞系的基因序列和mRNA表达数据,成功实现了从头预测翻译信号的能力,准确度达到了0.72-0.80,明显优于其他同类模型。同时,Translatomer模型充分利用RNA-seq数据的信息,具备了细胞类型特异性的预测能力。

  为了增强模型的可解释性,研究者发展了两种模型解释算法和工具。第一种算法通过计算梯度加权输入分数,定量评估了基因序列和RNA-seq输入信息对翻译预测的贡献。结果显示,RNA-seq对翻译预测的贡献普遍高于基因序列,符合翻译主要由mRNA水平决定的生物学事实。研究发现,编码区对翻译的贡献最大,而内含子的贡献最小。此外,5'UTR(转录起始区域)对翻译调控的影响显著高于3'UTR,说明翻译起始过程在调节基因翻译强度中起着至关重要的作用。

  第二种解释性算法依赖Translatomer模型开发了计算模拟突变(in silico mutation)工具,能够准确预测剪接突变对基因翻译效率的影响。研究者利用Kozak元件和荧光报告系统验证了该算法的准确性。通过这一工具,团队发现与翻译调控相关的遗传变异在物种进化中受到了选择压力。

  在建立了Translatomer模型及可解释性工具后,研究者进一步识别了3041个影响翻译效率的复杂疾病遗传位点。这些遗传位点包括同义突变和位于非翻译区的变异。尽管这些变异不直接改变蛋白质序列,但通过影响翻译过程,对多种复杂疾病的发生产生了重要影响。通过与基因表达数量遗传性状(eQTL)进行整合分析,研究发现这些遗传位点对mRNA水平没有显著影响,揭示了它们通过特异性影响翻译过程而调控疾病的发生和发展。此外,这些遗传位点对翻译的影响表现出组织/细胞类型特异性,例如,阿尔茨海默病和自闭症相关位点对大脑组织的翻译调控特异,而心肌病和心衰相关位点则在心脏中产生特定的翻译调控。

  综上所述,Translatomer深度学习模型为基因翻译调控研究提供了一种新工具,也为解释复杂疾病中的遗传变异提供了新的机制基础。通过分析不同细胞类型中的特异性翻译调控,研究为未来的疾病诊断和个性化治疗开辟了新的研究方向和靶点。这项研究不仅展示了深度学习在生物医学领域的应用潜力,也为深入理解遗传变异与疾病之间的关系提供了重要的见解。

  该研究的共同第一作者为浙江大学的科研助理何佳临和麻省理工学院的熊磊(现为斯坦福大学博士后),共同通讯作者为熊旭深研究员和熊磊博士。此外,浙江大学的李静云研究员、胡新央教授、毛圆辉研究员,以及麻省理工学院的Manolis Kellis教授和Carles A. Boix博士等研究团队成员也对这项工作做出了重要贡献。

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初期的头痛有什么症状
初期的头痛有什么症状
初期的头痛可能是身体发出的一种警示信号,暗示着可能存在某种健康问题。头痛是一种常见的症状,可以由多种原因引起,包括生活方式、环境因素以及潜在的健康问题。了解初期头痛的症状对于及早发现潜在问题并采取适当的治疗至关重要。 首先,初期头痛可能会伴随着轻微的不适感,比如头部的压力感或轻微的疼痛。这种疼痛可能会集中在头部的特定区域,如额部、颞部或枕部。 其次,初期头痛可能会伴随着头晕或眩晕的感觉。患者可能会感到头部晕眩或周围环境在旋转。这种感觉可能会在头痛发作期间加重。 另外,初期头痛还可能伴随着视觉问题,如模糊视觉、双重视觉或视野缺损。患者可能会发现看东西变得困难或不清晰。 初期头痛还可能伴随着恶心和呕吐。患者可能会感到胃部不适或出现食欲下降的情况,甚至可能会出现呕吐症状。 此外,初期头痛可能会引起对光线和声音的过敏。患者可能会发现自己对强光或响亮的声音更加敏感,这可能会加重头痛的症状。 最后,初期头痛还可能伴随着情绪变化,如焦虑、烦躁或抑郁。患者可能会感到情绪不稳定或易怒,这可能是由于头痛带来的不适感而引起的。 总的来说,初期头痛可能表现为头部压力、头晕、视觉问题、恶心呕吐、对光线和声音过敏以及情绪变化等症状。如果出现这些症状,建议及时就医,以便及早发现潜在问题并采取适当的治疗措施。

#症状

2024-12-05

经常口腔溃疡,就没有痊愈过
经常口腔溃疡,就没有痊愈过
在日常生活中,许多人都曾经历过口腔溃疡的烦扰,有些人甚至会频繁地遭遇这一问题,并感到困惑和苦恼。口腔溃疡不仅带来疼痛和不适,还可能影响日常生活和饮食,因此了解其病因并寻求有效的治疗显得尤为重要。 口腔溃疡,也称为口疮,是一种常见的口腔疾病,通常表现为口腔黏膜局部的溃疡性病变。尽管口腔溃疡通常是一种自限性疾病,即通常会在数天或数周内自行愈合,但对于一些患者来说,它却可能成为一种长期反复发作的问题。 口腔溃疡的病因多种多样,可能与以下因素相关: 1. 免疫系统异常:免疫系统的异常活动可能导致口腔黏膜受损,从而引发口腔溃疡的发生。例如,自身免疫性疾病、HIV/AIDS等疾病都可能增加口腔溃疡的风险。 2. 遗传因素:有些人可能具有遗传易感性,容易在面对某些刺激时出现口腔溃疡。 3. 环境刺激:口腔溃疡的发生可能与口腔内受到热、辛辣食物、酸性食物或过热饮料的刺激有关。 4. 口腔卫生:口腔卫生不良、刷牙时刷得太过猛烈、使用含有刺激性成分的牙膏等因素可能会增加口腔溃疡的发生率。 5. 压力和焦虑:心理压力和焦虑状态可能对免疫系统产生负面影响,从而增加口腔溃疡的风险。 针对口腔溃疡,目前有多种治疗方法可供选择,包括局部治疗和口服药物治疗: 1. 局部治疗:口腔溃疡患者可使用含有抗菌和舒缓成分的口腔漱口液,如盐水漱口、双氧水漱口等,有助于减轻疼痛和促进愈合。此外,口腔溃疡贴片或凝胶也是一种常见的局部治疗方法,可以形成保护性膜层,减少刺激并促进愈合。 2. 口服药物治疗:对于严重或反复发作的口腔溃疡,医生可能会建议口服抗生素、类固醇或其他口腔溃疡相关药物,以减轻症状并加快愈合。 此外,对于长期反复发作的口腔溃疡,患者还可以尝试调整生活习惯和饮食结构,减少刺激性食物的摄入,保持口腔卫生,积极应对压力和焦虑等方式来预防口腔溃疡的发生。 总的来说,口腔溃疡是一种常见的口腔疾病,虽然大多数情况下会自行愈合,但对于一些患者来说,它可能成为一种长期反复发作的问题。因此,了解口腔溃疡的病因,并采取合适的治疗和预防措施,对于减轻症状、促进愈合和提高生活质量至关重要。

#饮食

2024-12-05

阿司匹林治头疼吗
阿司匹林治头疼吗
阿司匹林,作为一种常见的非处方药,被广泛用于缓解头痛、发热和减轻轻度疼痛。但是,对于阿司匹林是否适合治疗头疼,存在一些复杂的情况需要考虑。 首先,阿司匹林的主要作用是通过抑制体内的一种特定酶来减少疼痛和发炎。这使得它成为治疗头痛的一种选择。头痛的类型和原因各不相同,因此阿司匹林并不适用于所有类型的头痛。 对于一般的轻度头痛,例如由紧张或轻微偏头痛引起的头痛,阿司匹林通常是有效的。它能够快速缓解疼痛,使患者感觉更加舒适。此外,阿司匹林还可以降低体温,因此在发热引起的头痛中也具有一定的效果。 对于某些特定类型的头痛,如偏头痛或群发性头痛,阿司匹林可能并不是最佳选择。这些类型的头痛通常需要更专门的治疗方法,如特定的处方药物或行为疗法。在这种情况下,最好咨询医生以获取专业建议。 另外,长期大量使用阿司匹林可能会导致胃肠道问题或其他不良反应,因此需要在医生的指导下使用,并严格遵循剂量和用药频率的建议。 总的来说,阿司匹林可以作为治疗一般轻度头痛的一种选择,但对于特定类型的头痛,最好寻求医生的建议,以确定最合适的治疗方案。同时,使用阿司匹林时应注意剂量和用药频率,以避免不良反应的发生。

#饮食

2024-12-05

贫血吃硫酸亚铁片吃多久才好
贫血吃硫酸亚铁片吃多久才好
贫血是一种常见的健康问题,主要是由于体内铁元素不足导致的血红蛋白含量下降。硫酸亚铁片是一种常用的铁补充剂,用于治疗和预防贫血。但是,很多人对于吃硫酸亚铁片的时间和剂量存在疑惑。本文将详细解答关于贫血患者吃硫酸亚铁片需要多久才能见效的问题。 硫酸亚铁片的作用机制 硫酸亚铁片主要通过补充体内缺乏的铁元素,帮助形成血红蛋白,从而提高血液的氧运输能力。当身体缺乏铁时,红细胞的数量和功能会受到影响,导致贫血的发生。通过补充硫酸亚铁,可以迅速提高体内铁元素水平,从而改善贫血症状。 吃硫酸亚铁片的时间 硫酸亚铁片的效果并不是立即显现的,通常需要一段时间才能见到明显的改善。在开始使用硫酸亚铁片后,一般需要几周到几个月的时间,才能达到血红蛋白水平的正常范围。因此,患者需要有耐心,并按照医生建议定期复查,以监测血红蛋白水平的变化。 吃硫酸亚铁片的剂量 硫酸亚铁片的剂量应根据医生的建议来确定。通常,每日推荐的剂量为50-100毫克,但具体剂量会根据患者的年龄、性别和贫血的严重程度而有所不同。过高或过低的剂量都可能导致副作用或效果不佳,因此患者在使用硫酸亚铁片时必须严格按照医生的指导进行。 注意事项 1. 硫酸亚铁片应在餐后或空腹时服用,以提高吸收率。 2. 避免与含有钙、咖啡因或纤维的食物和药物同时服用,这些物质可能影响铁的吸收。 3. 长期使用硫酸亚铁片可能会导致便秘、胃肠不适等副作用,如出现不适症状应及时告知医生。 贫血患者吃硫酸亚铁片需要一定的时间才能见效,患者应严格按照医生的建议进行用药,并定期复查以监测疗效。同时,注意合理饮食和生活习惯,有助于提高铁的吸收和利用,加快康复进程。

#饮食

2024-12-05

有贫血症状,肠胃也有问题
有贫血症状,肠胃也有问题
贫血是一种常见的健康问题,它不仅影响着身体的能量水平和免疫功能,还可能与肠胃系统的异常有所关联。在本文中,我们将探讨贫血症状与肠胃问题之间的关系,并提供一些可能的解决方案。 首先,让我们了解一下贫血是什么以及它的常见症状。贫血是指血液中红细胞数量或血红蛋白含量低于正常水平的情况。常见的贫血症状包括疲劳、头晕、心悸、气短以及皮肤苍白等。一些人可能会发现,除了这些典型的贫血症状外,他们还经常出现肠胃问题,如消化不良、腹泻、便秘或腹部不适。 贫血与肠胃问题之间的联系并非偶然。事实上,肠胃系统在贫血的发生和发展中扮演着重要角色。首先,贫血可能导致胃肠道黏膜缺血,这会影响到胃肠道的正常功能,导致消化不良和腹泻等问题。其次,贫血患者常常缺乏足够的铁元素,铁是合成血红蛋白的关键成分之一,其缺乏可能加剧胃肠道问题。此外,某些贫血的病因,如溃疡性结肠炎或克罗恩病等肠道疾病,本身就会引发肠胃问题。 那么,面对贫血症状和肠胃问题,我们应该采取哪些措施呢?首先,如果你经常感到疲劳、头晕或出现消化不良等症状,应该及时就医,进行相关检查以明确是否患有贫血。其次,如果贫血确诊,应积极补充铁元素,可以通过饮食或补充剂的方式增加铁的摄入量。同时,建议关注肠胃健康,保持良好的饮食习惯,多摄入富含纤维的食物,避免过度食用刺激性食物和饮品。对于已经诊断出患有肠道疾病的患者,应积极治疗基础疾病,控制病情,减轻肠胃问题的发作。 贫血症状与肠胃问题之间存在着密切的联系,而有效管理贫血和肠胃问题对于维护整体健康至关重要。通过及时就医、科学饮食和积极治疗肠道疾病,我们可以有效缓解贫血症状和肠胃问题,提高生活质量。

#症状

2024-12-05

健康问答

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