Ученые наконец-то разгадали тайны Y-хромосомы. Мужское бесплодие и другие проблемы со здоровьем.

Ученые впервые полностью секвенировали Y-хромосому, получив информацию, которая может иметь значение для изучения мужского бесплодия и других проблем со здоровьем.

Первая попытка определить строительные блоки нашего генетического кода была предпринята 20 лет назад, но в последовательностях всех 23 пар человеческих хромосом все еще оставались значительные пробелы. Эти пробелы были в основном заполнены в прошлом году международной группой из 100 ученых под названием Консорциум «Теломер-теломеры» (T2T).

Однако более половины последовательностей внутри Y-хромосомы, самой маленькой и самой сложной из 46 хромосом человека, остались неизвестными. Теперь та же группа исследователей восполнила недостающую информацию, опубликовав полную последовательность Y-хромосомы в среду в журнале Nature .

«Всего несколько лет назад половина человеческой Y-хромосомы отсутствовала (из эталона)», — сказала Моника Чехова, соавтор статьи и постдокторант в области биомолекулярной инженерии в Калифорнийском университете в Санта-Крус, в заявление.

«Тогда мы даже не знали, можно ли это секвенировать, это было настолько загадочно», — добавила Чехова. «Это действительно огромный сдвиг в возможностях».

Что Y может раскрыть

У людей обычно в каждой клетке имеется пара половых хромосом. Люди, которым при рождении назначен мужской пол, имеют Х- и Y-хромосому, а те, кому при рождении был назначен женский пол, имеют две Х-хромосомы.

Более подробная информация, предоставляемая новой эталонной последовательностью Y, облегчит изучение состояний и нарушений, связанных с этой хромосомой, таких как отсутствие выработки спермы, что приводит к бесплодию.

Недавние исследования показывают, что Y-хромосома также важна для здоровья и долголетия, сказал Кеннет Уолш, профессор биохимии и молекулярной генетики Медицинской школы Университета Вирджинии, который не участвовал в новом исследовании.

«На Y-хромосоме были идентифицированы гены, которые, как было доказано, необходимы для предотвращения рака и сердечно-сосудистых заболеваний», — сообщил Уолш по электронной почте

Y-хромосома представляет собой «темную материю» генома», — добавил он. «Этот новый анализ позволит нам лучше понять области Y-хромосомы, которые выполняют регуляторные функции и могут кодировать мРНК и белки».

Многие люди с возрастом начинают терять Y-хромосому в некоторых своих клетках , особенно в тех клетках, которые подвергаются быстрому обновлению, например клетках крови.

Ученые так и не до конца поняли, почему это происходит и какое влияние это может оказать на здоровье человека, хотя в двух недавних научных работах это явление связывают с увеличением тяжести рака мочевого пузыря и повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний . Наличие полной генетической информации об Y-хромосоме может помочь ученым и врачам в дальнейшем изучении этой потенциальной связи.

«Эти статьи, вероятно, представляют собой верхушку айсберга с точки зрения понимания роли Y-хромосомы в возрастных заболеваниях», — сказал Уолш, добавив, что потеря Y-хромосомы может частично объяснить более короткую продолжительность жизни мужчин. (Мужчины живут примерно на шесть лет меньше, чем женщины в западных промышленно развитых странах, сказал Уолш.)

«Однако возникает вопрос, является ли потеря Y-хромосомы биомаркером биологического старения или же потеря Y-хромосомы оказывает прямое влияние на здоровье мужчин», — сказал он. «Недавние исследования предоставили убедительные доказательства того, что эффект является прямым».

Y-хромосома необычно повторяется

Y-хромосому оказалось особенно трудным орешком, поскольку она необычайно повторяется.

Четыре буквы или строительные блоки ДНК — аденин (А), цитозин (С), гуанин (G) и тимин (Т) — образуют специфические пары, которые соединяются вместе в форме двойной спирали. Хромосомы представляют собой нитевидные структуры, состоящие из ДНК.

Хотя все хромосомы человека содержат повторы, более 30 миллионов букв Y-хромосомы — из 62,5 миллионов — представляют собой повторяющиеся последовательности, иногда называемые сателлитной ДНК или мусорной ДНК. Y-хромосома также содержит палиндромы — последовательности букв, одинаковые вперед и назад, как радар.

«Y-хромосома не только самая маленькая, но и самая сложная, поэтому в ней содержится наибольшее количество повторяющихся ДНК, которые подобны участкам ДНК, которые повторяются многократно, много-много раз, иногда в тандеме, а иногда и в тандеме. они могут чередоваться с уникальными последовательностями», — сказала Чехова.

По данным Национального института исследований генома человека, повторяющаяся ДНК усложняет ситуацию, потому что сбор данных в результате генетического секвенирования немного похож на попытку прочитать длинную книгу, разрезанную на полоски.

«Если все строки в книге уникальны, легче определить порядок, в котором они идут. Однако, если одно и то же предложение повторяется тысячи или миллионы раз, первоначальный порядок полос становится гораздо менее ясным», — говорит институт. , которая финансирует Консорциум Т2Т, отмечается в пресс-релизе.

В случае с Y-хромосомой это как если бы одни и те же предложения повторялись на протяжении половины книги.

Исследователи смогли добиться полного считывания Y-хромосомы благодаря новой технологии «длинного считывания» и вычислительным методам, которые могли обрабатывать повторяющиеся последовательности и преобразовывать необработанные данные в полезный ресурс.

Завершенная Y-хромосома добавляет более 30 миллионов пар оснований — повторяющихся последовательностей — к эталонному геному человека.

Ранее в этом году исследователи составили «пангеном», включающий в себя ДНК десятков людей практически со всех континентов, — по сути, обновив человеческий геном, чтобы сделать его более справедливым и инклюзивным .

В сопроводительном исследовании, опубликованном в том же журнале в среду, совместная группа ученых собрала Y-хромосомы у 43 мужчин из 21 популяции мира, чтобы выявить генетические вариации в Y-хромосоме.

«Появляются исследования, которые показывают, что правильное функционирование гена Y-хромосомы невероятно важно для общего состояния здоровья мужчин», — сказал в своем заявлении Чарльз Ли, старший автор сопроводительной исследовательской статьи, профессор и директор по исследованиям Лаборатории геномной медицины Джексона. .

«Наше исследование позволит включить полную Y-хромосому во все будущие исследования при секвенировании мужских геномов для понимания здоровья и болезней».