Tutkijat paljastavat Y-kromosomin ensimmäisen täydellisen sekvenssin

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Yli kahden vuosikymmenen jälkeen ihmisen genomisekvenssi on vihdoin valmis.

Pidätys? Y-kromosomi. Vaikka Y on paljon pienempi kuin muut 23 kromosomia, se on geneettinen vääntäjä, joka kantaa useita outoja rakenteita, joita on tunnetusti vaikea erottaa, eikä se johdu vaivan puutteesta. Koska toinen kahdesta sukupuolikromosomista – X on toinen – Y sisältää geenejä, jotka ovat välttämättömiä siittiöiden tuottamiseksi ja ihmisen lisääntymiselle.

Nyt kaksi kansainvälistä joukkuetta on vihdoin murtanut arvoituksellisen Y-geenikoodin. Heidän molemmat artikkelinsa julkaistiin äskettäin Nature. Yksi paperi, Telomere-to-Telomere (T2T) -konsortiosta, käytti uusinta geneettistä sekvensointitekniikkaa, joka lukee yli 62 miljoonaa emäsparia (ihmisen Y-kromosomin DNA-kirjainten kaksikkoa) ja tuotti lopulta ihmisen vertailugenomin, joka sisältää kaikki 24 kromosomia.

Silti yksi uros tuskin voi edustaa lajimme genetiikan monimuotoisuutta. Toisessa tutkimuksessa kootut Y-kromosomit 43:sta biologisesti miespuolisesta yksilöstä viidellä mantereella ja kattavat laajasti suurimman osan syvimmistä ihmisen Y-sukuista.

Äskettäin koottu tietojoukko "tarjoaa kattavimman kuvan geneettisestä variaatiosta… yli 180,000 XNUMX vuoden ajalta ihmisen Y-kromosomien evoluutiosta", sanoivat kirjoittajat.

Joten miksi meidän pitäisi välittää? Ensinnäkin tämä merkitsee monumentaalista askelta geneettisen maiseman tulkinnassa. Vaikka ihmisen genomi sekvensoitiin ensimmäisen kerran kaksi vuosikymmentä sitten, lähes 50 prosenttia Y:n geneettisistä kirjaimista jäi vaikeaksi. Sekvensointi- ja analyysimenetelmien parantuessa todennäköisesti täytämme lisää aukkoja.

Toisaalta tutkijoilla on nyt arvokas resurssi Y-kromosomien evoluution ja käyttäytymisen analysointiin. Kromosomaalisen pakkauksen oudona se näyttää kutistuneen vuosituhansien aikana ja irrottaen geneettistä materiaalia erityisen aggressiivisen kevätsiivouksen tavoin. Miksi näin tapahtui ja mitkä sen seuraukset olivat, jäävät mysteeriksi, mikä johti siihen, että jotkut spekuloivat Y:n rappeutumisesta.

Uusien tietokokonaisuuksien selkeys ja vaihtelu tarjoavat nyt tiekartan jatkotutkimukselle. Hedelmällisyyttä lukuun ottamatta Y-kromosomi on myös yhdistetty useisiin terveysongelmiin, kuten virtsarakon syöpään.

"Vain muutama vuosi sitten puolet ihmisen Y-kromosomista puuttui [viittauksesta] - haastavat, monimutkaiset satelliittialueet." sanoi Tri Monika Cechova Kalifornian yliopistosta Santa Cruzista, joka työskenteli täydellisen Y-sekvenssin parissa. ”Silloin emme edes tienneet, voiko sen sekvensoida, se oli niin hämmentävää. Tämä on todella suuri muutos siinä, mikä on mahdollista."

Liftovaunun opas genomiseen galaksiin

Kun tiedemiehet puhuvat ihmisen genomista, he tarkoittavat yleensä referenssigenomia. Ensimmäinen vuosikymmeniä sitten rakennettu luonnos oli voitto. Mutta koska kahdeksan prosenttia DNA-kirjaimista puuttui, se oli kaukana täydellisestä.

Puuttuvilla palasilla on vaikutuksia joidenkin aikamme huolestuttavimpien sairauksien diagnosointiin ja tutkimukseen: syöpä, sydänsairaus, diabetes, dementia ja muut aivosairaudet. Siitä puuttuu myös kykymme havaita harvinaisia, mutta tuhoisia sairauksia ja käyttää puolestaan geneettisiä muokkaustyökaluja niiden hoitoon.

Laajamittaisen sekvensoinnin ja analyysin lisääntyminen antaa tutkijoille mahdollisuuden metsästää geeniryhmiä, jotka voivat lisätä mahdollisuutta saada tietty häiriö. Tämä tehdään usein vertaamalla potilaan genomia referenssigenomiin - nykyiseen DNA-kirjaimien "sanakirjaan", nimeltään GRCh38 (tarttuva, tiedän).

Maaliskuussa tohtori Adam Phillippy, yhden lehden johtava tutkija, julkaistu Ihmisen genomin tähän mennessä täydellisin sekvenssi – Y-kromosomia lukuun ottamatta. Yli 50 prosenttia sen sekvensseistä edusti aukkoja.

Y on arvoitus biologiassa. Kuten muutkin kromosomiparit, joissa jokainen pari on kooltaan identtinen, Y on huomattavasti pienempi kuin X-vastine. Nykyinen päättely on, että Y on vähitellen kutistunut kuudesosaan X:n koosta ja sisältää vain puolet vastineensa geeneistä. Miksi ja miten tämä tapahtui, on edelleen mysteeri, mutta Y:llä on silti pieni biologinen isku, joka sisältää geenejä, jotka määrittävät biologiset urokset ja ovat välttämättömiä siittiöiden tuotannossa.

Y:n evolutionaalinen kutistuminen sai jotkut tutkijat hylkäämään sen kokonaan genomin sekvensoinnin aikana. Jos kromosomi sisälsi hautausmaan geenejä, jotka oli asetettu muuttumaan pois biologisista toiminnoistaan, miksi vaivautua?

Sitten on tekninen este. "Y on todellakin yhtä outo ja mielenkiintoinen, kuin luulimme." sanoi Tri Jenny Graves La Troben yliopistosta, joka ei ollut mukana kummassakaan tutkimuksessa.

Y eroaa muista kromosomeista, koska se sisältää outoja geneettisiä sekvenssejä. Yksi esimerkki: palindromit, kuten "Näinkö se auton vai kissan?" Lause luetaan samalla tavalla eteen- ja taaksepäin. Vastaavasti Y-kromosomin yhden juosteen geneettiset kirjaimet (A, T, C ja G) lukevat täsmälleen saman kuin toisessa käänteisessä juosteessa.

Genomeja sekvensoitaessa tutkijoiden on korjattava yhteen katkelmia geneettisestä materiaalista. Ne, jotka lukevat samalla tavalla molempiin suuntiin, tekevät genomisen palapelin kokoamisesta erittäin vaikeaa. Y on myös toistuva, ja siinä on suuria segmenttejä, jotka ruohottelevat samat muutamat DNA-kirjaimet.

Uudessa tutkimuksessa ryhmä hyödynsi viimeaikaisia tekniikoita, jotka voivat lukea pidempiä DNA-sekvenssejä, jotka kattavat yli miljoona emäsparia, ja erittäin tehokkaan laskennallisen kokoonpanostrategian. sama kuin suurkaupungin metrojärjestelmän kartoittaminen. Kaiken kaikkiaan herkuleinen työ kartoitti yli 62 miljoonaa DNA-kirjainta Y-kromosomista.

Miksi, Y?

Samaan aikaan toinen yhteistyö otti Y-sekvensointihaasteen maailmanlaajuisesti. Jackson Laboratory of Genomic Medicine -laboratorion johtajan Dr. Charles Leen johtama tiimi laajensi toiminta-alueensa 21 eri populaatioon ympäri maailmaa viidellä mantereella.

Nämä miehet olivat kaikki osa 1000 genomiprojekti. Vuonna 2008 käynnistetty projekti etenee vahvasti avoimen lähdekoodin tietokanta kenen tahansa analysoitavaksi. Ryhmä valitsi 43 urosta, joista puolet olivat suurelta osin afrikkalaisia. Kaiken kaikkiaan ryhmän viimeisimmän yhteisen esi-isän arvioitiin ulottuvan 182,900 38 vuoden taakse, mikä on paljon kauempana kuin nykyinen GRChXNUMX-viitegenomi.

Vain jotkin Y:n osat vaihtelivat sekä genetiikassaan että epigenetiikassaan – geenien säätelyssä – yksilöiden kesken. Mutta muutokset olivat yllättävän suuria. Joillakin oli geenejä, jotka käänsivät järjestyksensä 14 eri paikassa vaikuttaen puoleen Y-kromosomin geneettisestä rakenteesta. Y-kromosomilla on myös taipumus kopioida itseään: yhdellä geenillä, joka tunnetaan siittiöiden tuottamisesta, TSPY:stä, oli yli 10 kopiota enemmän yhdessä yksilössä kuin toisessa. Myös muita geneettisiä katkoksia ilmaantui, mutta Y pysyi toimivana ja kestävänä evoluution voimia vastaan.

Tohtori Mark Joblingille Leicesterin yliopistosta, joka ei osallistunut kumpaankaan työhön, nämä tulokset "vahvistavat, että Y-kromosomin geenisisältö on olennaisesti säilynyt". Mitä tulee Y-kromosomin kuihtumiseen, "Ajatus siitä, että Y on edelleen rappeutumassa ja sen on määrä hävitä, on todella tyrmistynyt tästä", hän sanoi.

Toistaiseksi tutkimukset eivät vielä pysty yhdistämään Y-kromosomin muutoksia tiettyihin sairauksiin. Mutta se on ensimmäinen kattava resurssi, joka avaa portin geneettiseen tutkimukseen, hoitoihin ja synteettiseen biologiaan. Esimerkiksi TSPY-geenien sijainnin perusteella tiimi tietää jo, että ne ovat toistuvien DNA-muutosten paikkoja.

"Se on vähän kuin teräväpiirtotelevisio - näimme kuvan ennenkin, ja nämä tutkimukset tuovat sen erittäin teräväksi", Joling sanoi.

Mitä kirjoittajille tulee, tutkimukset ovat "kauan odotettu, mutta ratkaiseva virstanpylväs ihmisen geneettisen variaation täyden laajuuden ymmärtämisessä". Se on "lähtökohta" Y:n salaperäisten roolien selvittämiselle – arvoitukselliselle kromosomille, joka on muokannut ihmisen evoluutiota ja itseään ja todennäköisesti tulevaa sukupolvea.

Kuva pistetilanne: N. Hanacek/NIST