Группа генетиков объявила о полном секвенировании генома Y-хромосомы человека, заполнив пробелы, оставленные первым проектом, опубликованным два десятилетия назад. Работа позволяет получить полный каталог генов мужской половой хромосомы и определить, как они устроены. Почему это новое открытие так важно?
Что такое Y-хромосома?
Y-хромосома – это одна из двух основных категорий половых хромосом, встречающихся у многих организмов. В системах определения пола XX/XY (как у человека) Y-хромосома характерна для особей мужского пола, в то время как женские особи несут две Х-хромосомы.
Поэтому Y-хромосома, названная так из-за своей характерной формы, содержит гены, участвующие в развитии мужских половых признаков и других важнейших биологических функций. Один из таких генов (SRY) кодирует белок, способствующий развитию яичек. Он также блокирует развитие женских органов, таких как матка и фаллопиевы трубы.
Часть генома Y-хромосомы человека уже была опубликована в 2003 году в рамках международного проекта “Геном человека”. Это позволило лучше понять специфические гены и последовательности ДНК, содержащиеся в Y-хромосоме, и их роль в биологии и генетике человека. Однако известно, что эта хромосома имеет сложную структуру, содержащую множество длинных и повторяющихся последовательностей ДНК. До сих пор удавалось идентифицировать лишь менее 50% последовательности ее ДНК.
Это связано с тем, что генетики, занимающиеся изучением генома, не могут сразу определить его последовательность. Вместо этого они могут секвенировать только небольшие фрагменты, а затем снова собрать все воедино. Проблема с повторяющимися последовательностями заключается в том, что все они выглядят одинаково (представьте себе, что вы собираете голубое небо в паззл). Поэтому работа по восстановлению более длительная и утомительная. И исследователи часто оставляют ее напоследок.
Полностью секвенированный геном
Совсем недавно, используя сочетание передовых технологий секвенирования ДНК и машинного обучения, а также знания, полученные при секвенировании 23 других хромосом человека, ученые из Национального института исследования генома человека наконец-то смогли собрать воедино все “кусочки”, из которых состоит знаменитая Y-хромосома. В результате оказалось, что наша Y-хромосома содержит 62 460 029 пар оснований ДНК. Для сравнения: последний эталонный геном GRCh38 содержал всего около 30 млн. пар.
Напомним, что ДНК состоит из двух нитей, свернутых в двойную спираль, и каждая нить состоит из линейной последовательности молекул нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из трех основных частей: фосфатной группы, сахара дезоксирибозы и азотистого основания. Азотистые основания — это части ДНК, которые специфически взаимодействуют между собой и образуют комплементарные пары между нитями двойной спирали.
В рамках этой работы, опубликованной в журнале , исследователи также исправили ряд ошибок, заложенных в последнюю редакцию (GRCh38), и обнаружили полные структуры нескольких семейств генов. Некоторые из них, как предполагается, участвуют в производстве сперматозоидов. Ученые также идентифицировали 41 новый белок-кодирующий ген и представили обзор некодирующих областей (спутниковой ДНК). Наконец, что не менее важно, эта работа позволила идентифицировать последовательности, которые до сих пор часто путали с бактериальной ДНК.
Программное обеспечение для большего разнообразия
Еще одним важным моментом является то, что этот новый геном, названный T2T-Y, был сконструирован из Y-хромосомы одного донора. Проблема в том, что это не давало полного представления о том, как она может варьироваться у разных людей. Поэтому группа разработала программное обеспечение (Verkko), способное эффективно собирать полные последовательности дополнительных хромосом. С его помощью исследователи полностью собрали Y-хромосомы 43 мужчин из популяций Африки, Америки, Азии и Европы. Все они предоставили образцы ДНК для проекта “1000 геномов” – международного проекта, направленного на создание каталога генетических вариаций человека.
Следует также отметить, что все хромосомы человека имеют общего предка, возраст которого составляет около 183 тыс. лет. При этом анализ всех этих Y-хромосом показал, что за это время Y-хромосома значительно диверсифицировалась по размеру и структуре.
Поэтому тот факт, что нам удалось секвенировать весь этот геном, является настоящим прорывом. Команда надеется узнать больше о функциональном влиянии структурных вариаций этой структуры на здоровье и болезни. В конечном итоге это может привести к разработке новых методов лечения заболеваний, которые могут быть связаны с Y-хромосомой.
Наконец, сборка полных последовательностей всех 43 хромосом человека в пространстве и времени также поможет не только в изучении эволюции половых хромосом, но и эволюции человека в целом.
