Мъжката Y хромозома най-сетне е напълно секвенирана, 20 години след първата чернова

Една от най-малките хромозоми при хората, мъжката полова хромозома е последната, която е напълно секвенирана

Ваня Милева Последна промяна на 24 август 2023 в 11:34 7074 0

Y хромозомата, свързана с развитието на мъжките полови белези, е пословично трудна за секвениране, тъй като съдържа много повтарящи се ДНК сегменти.

Кредит Adobe Stock Images (свободен лиценз)

Y хромозомата, свързана с развитието на мъжките полови белези, е пословично трудна за секвениране, тъй като съдържа много повтарящи се ДНК сегменти.

Учените най-накрая запълниха празнините в секвенирането на човешката Y хромозома, 20 години след публикуването на първия проект на нейния ДНК код.

Работата разкрива пълен каталог на гените и как са организирани в мъжката полова хромозома - последната човешка хромозома, която е напълно секвенирана.

Констатациите, публикувани на 23 август в списание Nature, могат да улеснят откриването на генни варианти на Y хромозомата и свързването им със специфични черти, както и да разработят персонализирани терапии за специфични за пола генетични заболявания. Придружаваща статия, също публикувана в Nature, използва нов софтуер, създаден на база това постижение, за да секвенира Y хромозомите на още 43 мъже от цял свят. Констатациите показват, че Y хромозомата е еволюирала така, че да има големи вариации в своя размер и структура сред индивидите.

Секвениране Секвенирането на биополимери като протеините и нуклеиновите киселини - ДНК и РНК се състои в определянето на тяхната аминокиселинна или нуклеотидна последователност (от лат. sequentum - последователност). В резултат на секвенирането се получава формално описание на първичната структура на линейна макромолекула под формата на последователност от мономери в текстов вид. Размерите на ДНК сегментите, които трябва да бъдат секвенирани, обикновено не надвишават 100 базови двойки. В резултат на секвенирането се получават припокриващи се ДНК участъци, последователности от генни участъци, цели гени, обща иРНК или пълни геноми на организми.

Y хромозомата е една от двете хромозоми, заедно с X хромозомата, които определят биологичния пол при хората. Жените обикновено имат две Х хромозоми, докато мъжете обикновено имат по една от всеки тип.

Y хромозомата е важна за развитието на мъжките полови характеристики.Тя носи определящия пола регион Y (SRY) ген, който кодира протеин, който подпомага развитието на тестисите и блокира развитието на женски органи като матката и фалопиевите тръби. Той бе частично секвениран през 2003 г. като част от Проекта за човешки геном, който произведе първия Проект на човешки геном (Human Genome Project). Y хромозомата обаче има сложна структура, съдържаща много дълги, повтарящи се последователности от ДНК и досега по-малко от 50% от последователността бе известна.

"Когато сглобяваме отново генома, не можем да секвенираме цяла хромозома наведнъж, можем само да секвенираме малки парченца и след това трябва да съединим всичко отново", обяснява пред Live Science Адам Филипи (Adam Phillippy), водещ автор на едно от новите проучвания и старши изследовател в американския Национален институт за изследване на човешкия геном. "И точно както при реконструирането на пъзел, повтарящите се части, които изглеждат еднакви, винаги са най-трудни и остават за накрая."

Използвайки комбинация от авангардни технологии за секвениране на ДНК и машинно обучение, както и знанията, придобити от секвенирането на останалите 23 човешки хромозоми, екипът на Филипи успява да сглоби напълно Y хромозомата.

Те откриват, че съдържа 62 460 029 базови двойки ДНК - двойките "букви", които съставляват стъпалата на стълбицата на ДНК. Това е с 30 милиона повече, отколкото в най-актуалния референтен геном, GRCh38, който непрекъснато се подобрява през последните 20 години.

Екипът коригира грешки в GRCh38 и разкрива пълните структури на няколко генни семейства, като DAZ и RBMY, които участват в производството на сперма. Те също така идентифицират 41 нови гена, кодиращи протеини, и дават представа за некодиращите региони, наречени сателитна ДНК - които не носят чертежи за протеини - както и последователности, които често са били бъркани с бактериална ДНК в миналото.

Сурова ДНК последователност. Познаването на пълната ДНК последователност на Y хромозомата може да подобри познанието за това кои гени са свързани със специфични черти и потенциално да ускори развитието на персонализирана медицина. Кредит: Flickr/Amy Taylor (CC BY-NC-SA 2.0)

Използвайки уроците, които са научили при изграждането на този нов геном, наречен T2T-Y, екипът разработва софтуер, наречен Verkko, който може да се използва за ефективно сглобяване на пълните последователности от допълнителни хромозоми. Това е важно, тъй като T2T-Y е конструиран само от Y хромозома на един донор, така че не дава пълна картина за това как може да варира при хората.

В отделно проучване учените са използвали Verkko, за да съберат напълно Y хромозомите на 43 мъже от популации в Африка, Северна и Южна Америка, Азия и Европа, които са дарили ДНК проби на проекта 1000 Genomes – международен проект за създаване на каталог на човешките генетични вариации. Тези последователности отразяват степента на съвременното разнообразие в Y хромозомата, като 43-те хромозоми и T2T-Y споделят общ прародител преди около 183 000 години. Последователностите варират от 45,2 милиона до 84,9 милиона базови двойки по дължина и взети заедно, те показват, че Y хромозомата значително се е диверсифицирала в своя размер и структура през това време.

По-специално, екипът открива изненадващи вариации в повтарящите се региони на хромозомата, разказва Чарлз Лий (Charles Lee), водещ автор на съпътстващото изследване и научен директор и професор в Джаксъновата лаборатория за геномна медицина. Той обяснява, че Y хромозомата съдържа най-големия блок от кондензирана, некодираща ДНК - известна като хетерохроматин - в целия човешки геном. Този регион се състои главно от две повтарящи се ДНК последователности, които са организирани по различен начин сред участниците в изследването, но винаги се появяват в едно и също съотношение 1 към 1 по отношение на броя пъти, в които са открити в хромозомата.

"За мен това силно предполага някакво все още неизвестно функционално значение за този хромозомен регион", коментира Лий. Наистина, учените вече не смятат хетерохроматина за "боклук" ДНК, като последните изследвания предполагат, че той може да играе важна роля в клетките и може дори да е допринесъл за еволюцията на човешкия мозък.

В своята статия Филипи и неговият екип пишат, че съществуващите референтни геноми ще трябва да бъдат актуализирани и че ще трябва да бъдат дадени подходящи етикети на всички новооткрити региони на Y хромозомата. Екипът на Лий се надява да научи повече за функционалното въздействие, което структурните вариации в Y хромозомата могат да имат върху здравето и болестите, и тяхната възможна връзка с човешката еволюция, споделя Лий за Live Science.

"Сглобяването на пълни последователности от 43 Y хромозоми в пространството и времето не само ни помага да изследваме еволюцията на половите хромозоми, но и човешката еволюция изобщо", коментира пред Live Science Керстин Хоу (Kerstin Howe), ръководител производствената геномика в Wellcome Sanger Institute, която не е участвала в изследването.

Що се отнася до разработването на нови терапии за лечение на заболявания, които може да са свързани с Y хромозомата, Филипи отбелязва: "От познанието на генома до разработването, одобряването и въвеждането на някакъв вид терапия пътят е дълъг."

Въпреки това той е оптимист.

Справка:

Rhie, A., Nurk, S., Cechova, M. et al. The complete sequence of a human Y chromosome. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06457-y

Hallast, P., Ebert, P., Loftus, M. et al. Assembly of 43 human Y chromosomes reveals extensive complexity and variation. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06425-6 , https://www.nature.com/articles/s41586-023-06425-6.epd 

Източник: The human Y chromosome has finally been fully sequenced, 20 years after the 1st draft, Emily Cooke, Live Science 

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !