Zwei Schlüsselgene identifiziert, die rheumatoide Arthritis und Osteoporose verbinden

Forscher setzten Analysewerkzeuge und Algorithmen des maschinellen Lernens ein, um zwei Gene zu identifizieren, die mit rheumatoider Arthritis und Osteoporose in Verbindung stehen und als Diagnosewerkzeuge und potenzielle Ansatzpunkte für Behandlungen dienen könnten. Aus einer großen Datenbank mit genetischen Informationen sammelten sie Dutzende sequenzierte Genome von Menschen mit rheumatoider Arthritis und Osteoporose, um nach Gemeinsamkeiten zu suchen, wobei sie neu entwickelte computergestützte Methoden einsetzten, um ihre Suche einzugrenzen. Sie identifizierten die Gene ATXN2L und MMP14 als signifikant mit dem Fortschreiten sowohl der rheumatoiden Arthritis als auch der Osteoporose assoziiert.

Wie rheumatoide Arthritis und Osteoporose zusammenhängen

Rheumatoide Arthritis ist eine häufige Erkrankung, von der weltweit schätzungsweise 17 Millionen Menschen betroffen sind. Die Krankheit wird durch Immunzellen verursacht, die die Gelenke angreifen, und kann zu Schmerzen, Schwellungen und Schäden an Knorpel und Knochen führen. Menschen mit rheumatoider Arthritis entwickeln häufig Osteoporose, eine schwerwiegendere Erkrankung, die auf die durch Immunzellen verursachten Knochenschäden und als Nebenwirkung bestimmter Medikamente zurückzuführen ist. In APL Bioengineering, einer Publikation von AIP Publishing, haben Forscher des Da-Chien General Hospital, der China Medical University und der Chang Gung University Analysewerkzeuge und Algorithmen des maschinellen Lernens eingesetzt, um zwei Gene zu identifizieren, die mit rheumatoider Arthritis und Osteoporose in Verbindung stehen und als Diagnosewerkzeuge und potenzielle Ziele für Behandlungen dienen könnten.

Beide Krankheiten konzentrieren sich auf einen der wichtigsten Mechanismen, mit denen der Rest des Körpers in Schach gehalten wird. Apoptose, oder programmierter Zelltod, ist ein entscheidendes Instrument, mit dem Immunzellen fehlerhafte oder nicht mehr benötigte Zellen entfernen. Fehlfunktionen können jedoch dazu führen, dass Immunzellen fälschlicherweise zufällig Zellen angreifen, was oft katastrophale Folgen hat. „Bei rheumatoider Arthritis trägt eine übermäßige Apoptose der knochenbildenden Zellen zur Gelenkzerstörung und Entzündung bei“, erklärt Autor Hao-Ju Lo. „Derselbe Prozess führt auch zu einer Schwächung der Knochen bei Osteoporose, was die Notwendigkeit einer gleichzeitigen Behandlung beider Erkrankungen unterstreicht.“ Aufgrund dieser zentralen Rolle machten sich die Forscher daran, Gene zu finden, die an der Apoptose beteiligt sind und in engem Zusammenhang mit beiden Erkrankungen stehen. Aus einer großen Datenbank mit genetischen Informationen sammelten sie Dutzende sequenzierte Genome von Menschen mit rheumatoider Arthritis und Osteoporose, um nach Gemeinsamkeiten zu suchen. Die Durchforstung dieser riesigen Menge an genetischen Daten war keine leichte Aufgabe, daher griffen sie auf neu entwickelte computergestützte Methoden zurück, um ihre Suche einzugrenzen.

Entwicklung neuer Behandlungsmöglichkeiten für Patienten, die an beiden Erkrankungen leiden

Die Forscher haben Bioinformatik-Tools verwendet, um große Gen-Datensätze zu analysieren, wobei wir uns auf Gene konzentrierten, die bei rheumatoider Arthritis und Osteoporose aktiv sind“, sagte Lo. „Wir haben maschinelle Lerntechniken wie Lasso und Random Forest angewendet, um unsere Suche zu verfeinern, und zwei Schlüsselgene identifiziert – ATXN2L und MMP14 –, die bei beiden Erkrankungen eine wichtige Rolle spielen.“ Ihrer Analyse zufolge stehen diese beiden Gene in einem signifikanten Zusammenhang mit dem Fortschreiten sowohl von rheumatoider Arthritis als auch von Osteoporose. ATXN2L spielt eine Rolle bei der Regulierung von Prozessen wie der Apoptose, sodass Fehlfunktionen dieses Gens wahrscheinlich sowohl rheumatoide Arthritis als auch Osteoporose auslösen. MMP14 trägt zum Aufbau von extrazellulärem Gewebe wie Knorpel bei und könnte für den Abbau von Gelenkgewebe verantwortlich sein, der zu rheumatoider Arthritis führt. Die Analyse hat gezeigt, dass diese Gene an der Immunregulation und dem Knochenstoffwechsel beteiligt sind, was darauf hindeutet, dass sie nützliche Marker für die Diagnose oder Behandlung von rheumatoider Arthritis und Osteoporose sein könnten.

Mit der Identifizierung zweier potenzieller Ansatzpunkte wollen die Autoren diese Ergebnisse als Ausgangspunkt für die Entwicklung neuer Behandlungsmöglichkeiten für Patienten nutzen, die an diesen beiden miteinander verbundenen Erkrankungen leiden. Die Forscher planen, diese Ergebnisse durch experimentelle Studien zu validieren und zu untersuchen, wie die gezielte Beeinflussung dieser Gene die Behandlungsergebnisse verbessern könnte. Diese Forschungen könnten auch die Entwicklung personalisierter Therapien umfassen, bei denen KI und maschinelles Lernen eingesetzt werden, um vorherzusagen, welche Patienten das höchste Osteoporose-Risiko haben.