Енигматичната Y хромозома е разчетена напълно

Учените от изследователския консорциум Telomere-to-Telomere успяват да разчетат напълно Y хромозомата, чието секвениране е истинско предизвикателство поради сложността й. С нейното разчитане наборът от човешки хромозоми е завършен окончателно. Към референтния човешки геном се добавят 30 000 000 нови бази, които разкриват 41 допълнителни гена.

Y хромозомата и нейното разчитане

Най-често свързват Y хромозомата представителите на мъжкия пол, но тя може да бъде намерена и при интерсексуални хора (хора, които имат неопределени или смесени полови белези по рождение, тоест биологичният им пол не може да бъде определен еднозначно).

Структурата на Y хромозомата е сериозно предизвикателство за дешифриране. Причината е в това, че в част от ДНК-то й присъстват палиндроми (дълги последователности, които се четат по един и същи начин отпред и отзад), а те обхващат над един милион базови двойки. Голяма част Y хромозомата е сателитна ДНК. Това са големи и повтарящи се участъци от некодираща протеини ДНК. Процесът на секвениране се усложнява допълнително от това, че два сателита са свързани един с друг при Y хромозомата.

Както признават учените, безпроблемното разчитане на Y хромозомата от референтен човешки геном става възможно и благодарение на напредъка в технологиите за дългото четене на секвенциите и иновативните методи за сглобяване, които се справят с повтарящите се последователности и са в състояние да трансформират необработените данни от секвенирането в използваем ресурс. По този начин екипът успява да определи къде точно се появява инверсия в палиндромната последователност. Освен това екипът създава и виртуално копие с високо качество.

>>>Неправилната работа на гените Srr1 и Skb1 води до мащабни промени на хромозомите в ДНК

Аранг Ри от Националния институт за изследване на човешкия геном и един от водещите автори споделя: „Беше дразнещо да знаем, че пропускаме половината, когато се опитвахме да правим референтен анализ. Затова бях истински развълнуван да подготвя първата пълна Y хромозома, за да видя какво ни липсва и какво сме в състояние да направим.“

Пълната информация дава възожности на научната общност да проучи по-ефективно безбройните характеристики за тази част от човешкия геном, при това по начин, който до момента е невъзможен.

Важно е да се отбележи, че Y хромозомата е не само със сложна структура, но е и най-бързо променящата се човешка хромозома. Това означава, че тя може да изглежда по съвършено различен начин при двама души. Например, единият да има 40 копия от един ген, а другият – 19. Сега тази еволюция може да бъде проучена много по-добре.

Резултатите

Пълната Y хромозомна последователност представлява важен ресурс за учените, които изучават еволюцията и генетичния дрейф на човешката популация. Така е, защото тази хромозома се наследява от поколение на поколение в група генетичен материал с много малка рекомбинация извън нея за разлика от автозомите и гените на Х хромозамата, които често се рекомбинират и споделят генетичен материал един с друг.

Много по-ясната картина сега на Y хроомозомата улеснява проследяването на гените през поколенията, наследството от тях и възможността да се разбере как съдържанието им и тяхното местоположение се променят с времето.

От решаващо значение за изучаването на еволюцията на генома са и 30 000 000 нови бази. Това позволява изследването на специфични и уникални модели на последователност на Y хромозомата като структура на двата сателита. В рамките на самата хромозома гените са разделени на няколко района, много различни един от друг както по отношение на съдържанието, така и като структура и еволюционна история.

Благодарение на техниките за пълно секвениране на човешките Y хромозоми отговор могат да намерят и въпросите, свързани със скоростта на промяната им и нейното тълкуване.

И още изследователите могат да разберат по-добре еволюционната връзка на последователностите със сателитна ДНК.

Друг от водещите автори, доц. Карън Мига, специалистка по биомолекулярно инженерство в Калифорнийския университет в Санта Круз и част от екипа на Telomere-to-Telomere, казва: „Вълнуващо е най-накрая да видим тези последователности в хетерохроматични райони за първи път. Вече сме в състояние да правим експерименти, за да тестваме въздействието и функцията на тези неизследвани преди това части от Y хромозомата.“

>>>Незабелязан седем десетилетия механизъм съхранява информация в ДНК

Не по-малко важно е, че цялостната справка ще помогне за изясняването на доказания факт, че хората с Y хромозоми могат да загубят част или целия генетичен материал с напредването на възрастта.

Много по-лесно ще бъдат изследвани още и състояние и разстройства като липсата на производство на сперматозоиди, което води до безплодие.

Резултатите са публикувани в списание Nature.

И за още едно откритие

От статията става ясно, че в минали проучвания ДНК на Y хромозомата е бъркана многократно с бактериална ДНК. Грешката е заради непълното отстраняване на човешкото замърсяване в бактериалната ДНК.

Човешката ДНК се появява като замърсител в геномните проби на бактериални видове, тъй като бактериалната ДНК често се взема от човешка кожа. В предишни изследвания учените използват препратка към човешкия геном, за даоткрият кои последователности идват от човешко замърсяване и да ги премахнат като оставят само бактериалната ДНК. Липсата на големи части от Y хромозомата тогава пречи те да бъдат точно идентифицирани и погрешно определени за част от ДНК на видовете, които биват изследвани.

Сега екипът е открил доказателства, че около 5000 бактериални генома в общата база данни, съдържат вероятно замърсяване, което съответства на Y последователности. Това позволява на екипите, които изучават тези бактериални видове, да премахнат правилно цялото човешко замърсяване от референтните геноми като използват актуализираната справка за Y. Така те ще разберат много по-ясно бактериалния геном.

Очевидно е, че пълната картина на човешката Y хромозома дава възможност за множество нови открития.
Моника Чехова, постдокторант по биомолекулярно инженерство в Калифорнийския университет в Санта Круз, споделя, че преди няколко години половината от човешката Y хромозома липсва. „Тогава дори не знаехме дали може да бъде подредена и беше много озадачаващо. Сега наистина говорим за голяма промяна“, казва тя.

Учените планират да подобрят изследването като включат Y хромозомата в бъдещи версии на човешкия пангеном. Пангеномът представлява набор от геномите на много индивиди, които са събрани заедно, а целта е да покажат идентичността или различията на последователностите. Благодарение на него диагностицирането на заболяванията и прогнозирането на медицинските резултати, например, ще бъдат много по-точни.

>>>Първият човешки пангеном съдържа геномите на 47 представители на расови и етнически групи

Идеята е в отделните геноми, които са част от пангенома, да бъдат включени пълни Y хромозомни последователности, което ще помогне на учените да разберат как Y хромозомата и нейната структура варират сред различните мъже, което от своя страна е нужно за точната оценка на това как структурата на ДНК влияя върху различните заболявания при мъжете и върху вероятността да се развие безплодие.