Учените декодират мъжката полова хромозома (и това разкрива много възможности)

Той разкрива важни подробности, които изострят ролята на Y хромозомата в развитието на мъжете, плодовитостта и генетичните заболявания като рак.

При хората всяка клетка обикновено съдържа една двойка полови хромозоми. Мъжете имат една X и една Y хромозома, докато жените имат две X хромозоми. Десетилетия наред изследователите се борят да определят последователността на Y хромозомата поради сложната й структура. Но сега те носят големи новини. В крайна сметка учените успяха да дешифрират генетичния код на Y хромозомата, последната човешка хромозома, която все още не е секвенирана.

предизвикателство
Огромно предизвикателство е да се декодира хромозомата Y. Това е така, защото част от ДНК е организирана в така наречените хомолози: дълги последователности от идентични последователности напред и назад. За да влошат нещата, тези симетрии могат да се простират до повече от милион базови двойки. Всички хромозоми съдържат някои повтарящи се региони, но Y хромозомата е изключително честа, което прави секвенирането особено трудно. Около 30 милиона букви от Y хромозомата се повтарят.

Повтарящи се региони в Y хромозомата
Събирането на данни за секвениране е като четене на дълга книга, нарязана на ленти. Ако всички правила в книгата са уникални, тогава е относително лесно да се определи редът, в който трябва да бъдат правилата. Въпреки това, ако едно и също изречение се повтаря хиляди или милиони пъти, първоначалният ред на лентите е, както можете да си представите, много по-малко ясен. Въпреки че всички човешки хромозоми съдържат повторения, Y хромозомата, както споменахме, наистина е дубликат. Сякаш едни и същи няколко изречения се повтарят около половината от дължината на книгата.

Неслучайно Y хромозомата остава загадка толкова дълго време. „Само преди няколко години половината от човешката Y хромозома липсваше“, казва изследователят Моника Чехова. „По онова време дори не знаехме дали може да се секвенира, беше много объркващо.“ За да идентифицират прословутите повтарящи се фрагменти, изследователите са използвали нови техники и методи за секвениране на ДНК в изследването. По пътя екипът направи изумително откритие.

организиран
„Голямата изненада беше колко организирани бяха връщанията“, каза Адам Филип, съавтор на изследването. „Не знаехме точно от какво се състои липсващата последователност. Щеше да е много объркано. Но вместо това около половината от хромозомата се състои от редуващи се блокове от две специфични повтарящи се последователности. Това създава красива шарка, подобна на юрган. „

30 милиона допълнителни базови двойки
Това означава, че мъжката Y хромозома най-накрая е дешифрирана. И за първи път тази неуловима част от генома също е напълно картографирана. С това изследователите добавят най-малко 30 милиона нови базови двойки към репертоара на човешкия геном. Също така, 41 досега неизвестни гена са открити в хромозомата Y. Това е ключово ново прозрение за тези, които изучават важни въпроси на възпроизводството и еволюцията.

справка по подразбиране
Какво за това? За да разберат геномните различия между хората, изследователите в миналото са разработили референтна последователност на човешкия геном, която се използва като „стандарт“. Тази първа (почти) пълна последователност на човешкия геном се смяташе за план за всички хора по онова време. Когато учени и лекари изследват генома на пациент, те обикновено сравняват ДНК на този човек с тази на тази стандартна референция, за да определят точно къде са разликите. За съжаление, Y хромозомната част на човешкия геном съдържа големи пропуски, което затруднява разбирането на разнообразието и свързаните с него заболявания.

Производство на сперма
Но сега изследователите са променили това. Новата последователност запълва празнини, по-големи от 50% от дължината на хромозомата Y. Това разкрива важни генетични характеристики, които имат отражение върху плодовитостта, като фактори за производство на сперма. Всъщност новозавършеното секвениране позволява на изследователите да изследват структурата на серия от хомолози в отделен сегмент на Y хромозомата, участък от ДНК, който съдържа няколко гена, за които е известно, че участват в производството на сперма. „Тази структура е много важна, тъй като тези аналози понякога могат да създадат ДНК бримки“, каза изследователят Аранг Ри. „Понякога тези бримки се прекъсват случайно и в генома се появяват делеции.“ Известно е, че това може да попречи на производството на сперма. По този начин тези симетрии влияят върху плодовитостта. С пълната Y хромозомна последователност на ръка, изследователите вече могат да анализират по-точно тези делеции и техните ефекти върху производството на сперма.

развитие
В допълнение, пълното секвениране на Y хромозомата предоставя повече знания за еволюцията. Всъщност Y хромозомата е най-бързо променящата се човешка хромозома и дори най-бързо променящата се хромозома сред човекоподобните маймуни. Това означава, че Y хромозомите на двама здрави хора могат да изглеждат много различно. Например, един човек може да има 40 копия на един ген, докато друг човек има 19. Това развитие вече може да се проучи по-добре. Освен това вече е възможно да се проследяват гени през поколенията и да се види как местоположението и съдържанието на гените се променят с течение на времето. И накрая, сега също е възможно да се изследват специфични и уникални модели на секвениране на Y хромозома. Дори в рамките на Y хромозомата гените са разделени на различни региони, които се различават значително по съдържание, структура и еволюционна история. Изследователите са много заинтересовани от степента на тези промени на Y хромозомата и как точно да ги обяснят. С помощта на новите технологии тези въпроси вече могат да бъдат изследвани по-задълбочено.

рак
По-конкретно, дешифрирането на цялата Y хромозома предоставя повече знания за ролята, която хромозомата играе в развитието на рак. Известно е, че гените на Y хромозомата допринасят за важни аспекти на човешката биология, като риск от рак и тежест. Изследователите преди това са открили, например, че мъжките Y хромозоми понякога могат внезапно да изчезнат от кръвните клетки. Това може да доведе до агресивен рак. Благодарение на новата последователност на мъжката полова хромозома, изследователите могат по-добре да изучават тези заболявания, причинени от гени.

характеристики
Накратко, въпреки че има относително малко гени на Y хромозомата, гените, които съществуват, са сложни, динамични и кодират важни функции. Пълното позоваване на Y хромозомата ще позволи на учените да проучат по-добре много характеристики на тази част от човешкия геном по начин, който не е бил възможен преди. „Вече можем да идентифицираме и изучаваме много генетични вариации, които могат да повлияят на човешките черти и болести“, казва изследователят Дилън Тейлър.

всичко на всичко откритията Голяма крачка напред. „Доскоро имахме непълна картина“, казва изследователят Раджив Маккой. „Но сега за първи път можем да видим целия геном от началото до края.“ Това не само дава повече представа за основната биология, но също така може да бъде предшественик на много генетични изследвания върху различни човешки заболявания.