Учените дешифрираха последните остатъци от У хромозомата в човешкия геном

Изследователите представиха първата пълна последователност на човешката Y-хромозома – една от двете полови хромозоми заедно с Х-хромозомата, която обикновено се предава от родител мъж на потомство от мъжки пол. Постижението, изисквало 30 години изследвания и подпомогнато от новите технологии, се публикува в сп. Nature и се очаква да допринесе силно за изследването на безплодието при мъжете.

Геномът

Човешкият геном е секвениран за първи път преди 20 години, но тази първата версия не е пълна.

Пълната версия на генома стана възможна през март 2022 г. Тя съдържа 3,055 милиарда основни единици и 19 969 гена, които кодират белтъци. Сред тях учените са идентифицирали около 2000 нови – повечето от тях са деактивирани, но 115 вероятно все още са активни. Изследователите са засекли близо 2 милиона допълнителни генетични варианта, 622 от които са представени в медицински значими гени.

Тогава Международен консорциум от изследователи, известен като „T2T“ (от теломер до теломер, които са краищата на хромозомите) използва нова стратегия, базирана на клетъчен тип (CHM13), която запазва само едно копие от всяка хромозома. В комбинация с най-новите техники за секвениране на ДНК, изследователите са успели да добавят около 200 милиона букви към човешкия геном, елиминирайки повечето от дупките в хромозомите от 1 до 22 писа сп. Science.

Y-хромозомата

Y-хромозомата е последната от хромозомите – нишковидни структури, които пренасят генетична информация от клетка на клетка, в човешкия геном, която оставаше да бъде секвенирана.

Всеки от нас има 46 хромозоми, подредени по двойки в нашите клетки – 23 двойки хромозоми, 22 двойки автозомни хромозоми (от 1 до 22) и една двойка полови хромозоми (които могат да бъдат X или Y). От всяка двойка хромозоми ние наследяваме една от баща си и една от майка си. Жените имат хромозомна конфигурация 46XX – последната двойка хромозоми, 23, се състои от две копия на X хромозомата. Мъжете имат конфигурация на 46XY хромозома, което означава, че двойката полови хромозоми се състои от X и Y хромозома.

Y хромозомата е най-малката хромозома. Тя е изключително мъжка хромозома и е най-сложната – с повтарящи се последователности от всякакъв вид. Клетка, хромозома, ДНК молекула (двойна спирала) и базови двойки.

Гените на Y-хромозомата помагат за управлението на важни репродуктивни функции, включително производството на семенна течност, известно като сперматогенеза, и дори играят роля в риска от развитието на рак и неговата тежест. Въпросната хромозома обаче се оказа трудна за разбиване заради изключително сложната си структура. 

Y хромозомата, присъстваща само при мъжете, съдържа гени, отговорни за развитието на мъжките полови органи, по-специално главния ген SRY, който задейства каскада от събития, които в крайна сметка превръщат първоначалната недиференцирана полова жлеза в тестисите, където се произвеждат сперматозоидите.

В отсъствието на SRY гена (както при 46XX женски), тази първична гонада в крайна сметка се развива в яйчниците, където се произвеждат яйцеклетки. Консорциумът T2T реши техническите проблеми, които попречиха на завършването на последователността на Y-хромозомата и по този начин откри 40 неизвестни преди това гени, кодиращи протеини. Както е описано подробно в статия в списание Nature, това добавя още 30 милиона букви към дължината на общия човешки геном, който сега ще има 3,23 милиарда букви. Новият референтен геном, наречен T2T-CHM13+Y, беше предоставен на цялата изследователска общност от авторите на изследването.

„Персонализирана геномика“

Съвременната техника същевременно не решава автоматично проблемите на изследователите, желаещи да разчетат генома. Налага им се да дешифрират милиони малки фрагменти от ДНК, които впоследствие да подредят. В случая на У-хромозомата това предполага справяне с 62 млн. букви – малка част от всички, но със заплетена структура.

В допълнение към пълната последователност на Y хромозомата, Nature публикува второ проучване на последователностите на 43 Y хромозоми, получени от хора, живели през последните 183 000 години. Техният анализ показва голяма вариация в размера и структурата на тази Y хромозома в хода на еволюцията. Изследователите откриха, наред с други неща, големи инверсии на последователности – фрагменти от ДНК, които се обръщат и вмъкват с главата надолу. Да знаете повече за Y хромозомата е страхотна новина. Преди около година станахме свидетели на друг научен пробив, свързващ широкоразпространената загуба на Y хромозомата в много клетки с по-кратката продължителност на живота на мъжете в сравнение с жените. А е ясно, че в гените се крие много по-ценна информация.

Пангеномна инициатива

Тези две нови изследвания значително разширяват познанията ни за човешката ДНК, като разрешават това, което все още предстои да открием за най-малката, но най-сложна хромозома в нашия геном. Те следват инициативата Pangenome, която има за цел да идентифицира генетичните вариации, които съществуват сред хората. Въпреки че всички споделяме голяма част от генома, се различаваме с около 0,1%. Това съответства на разлика от повече от 3 милиона чифта букви между двама души. Благодарение на инициативата за пангенома вече няма да имаме един референтен геном, а стотици, които по-надеждно ще илюстрират нашите генетични прилики и разлики. Освен всичко друго, това трябва да ни помогне по-лесно да откриваме генни мутации, свързани с хиляди вродени заболявания.

Коментарите

„ДНК на човека е готварска книга за създаване на протеините, без които не може да се живее. (…) Международен консорциум от учени обяви тази сряда, че най-накрая е успял да прочете последната страница“, обобщава новината „Ел Паис“.

„Най-накрая се предоставя първият пълен изглед на кода на Y-хромозомата, разкривайки над 50% от дължината на хромозомата, която преди това липсваше в нашите геномни карти“, казва, цитиран от „Ройтерс“, професорът по биомолекулярно инженерство и съавтор на изследването от Калифорнийския университет в Санта Круз (UCSC) Карън Мига, съръководител на консорциума зад изследването, Telomere-to-Telomere.

„Y-хромозомата е най-малката и най-бързо развиващата се хромозома в човешкия геном, а също и най-повтарящата се, което означава, че нейната ДНК съдържа участъци от ДНК, повтарящи се много пъти. Вече имаме рецепта как да сглобим напълно Y хромозомата, която, макар и скъпа в момента, може да се превърне в персонализирана геномика в бъдеще.“, коментира Моника Чехова (Monika Cechova), съавтор на изследването.