Загадки Y-хромосомы

Полное секвенирование Y-хромосомы долго считалось невыполнимой задачей. Эта хромосома полна повторяющихся и инвертированных участков ДНК, из-за чего сложно собрать участки расшифрованной ДНК вместе в правильном порядке. Теперь, используя самые современные методы, исследователи смогли секвенировать не одну Y-хромосому, но и десятки хромосом мужчин со всего мира. Тем самым они завершили последний шаг на пути к долгожданной цели — полному секвенированию человеческого генома. О полученных результатах сообщается в двух статьях в журнале Nature.

В первой статье подробно описано, как устроены повторяющиеся области, и идентифицированы десятки новых генов. Во второй показывается, что это расположение, а также количество генов резко варьируется от человека к человеку. Это достижение «представляет собой впечатляющий финал, знаменующий начало совершенно новой эры в генетике человека, — говорит Тоомас Кивисилд (Toomas Kivisild), генетик из Католического университета Левена, который не участвовал в данной работе. — Эти два исследования начинают раскрывать масштаб различий между индивидуумами».

Ученые полагают, что Y- и X-хромосомы когда-то были идентичными. Со временем часть Y-хромосомы, содержащая гены, сократилась в шесть раз по сравнению с размером этой области в X-хромососе, и сегодня она содержит вдвое меньше генов. Некоторые исследователи предполагают, что эта дегенерация может постепенно продолжаться и, возможно, приведет к полной потере Y-хромосомы, как это случилось в некоторых линиях животных.

Несмотря на небольшой размер, Y-хромосому трудно секвенировать. При первых попытках секвенирования человеческого генома даже не пытались взяться за нее, отчасти потому, что Y-хромосому считали неважным «кладбищем» для генов, которым суждено исчезнуть. Более того, повторяющиеся участки сделали ее «самой проблемной хромосомой в нашем геноме», как говорит Агнар Хельгасон, биологический антрополог из deCODE Genetics, который не участвовал в новой работе. В конце концов, одна группа секвенировала часть Y-хромосомы и узнала, что она довольно динамична. Перетасовка генов происходит за счет наличия множества копий в зеркально отраженных участках ДНК. Структурируя себя таким образом, хромосоме удается поддерживать в порядке свои немногочисленные гены.

Теперь биоинформатик Адам Филлипи (Adam Phillippy) и его коллеги проанализировали и детализировала сложное расположение 62 миллионов пар нуклеотидных оснований Y-хромосомы, добавив 30 миллионов, которые ранее отсутствовали в результатах ранних попыток частичного секвенирования.

В другой публикации генетик и директор Лаборатории геномной медицины Джексона Чарльз Ли (Charles Lee) и его коллеги рассказывают о том, как секвенировали 43 Y-хромосомы мужчин, принадлежащих к 21 популяции со всего мира. «Я был удивлен, увидев степень изменения числа копий некоторых генов в Y-хромосоме», — говорит Чарльз Ли. Например, Y-хромосома одного мужчины содержала 23 копии гена TSPY, который, как полагают, участвует в образовании сперматозоидов, тогда как у другого было 39 копий. Исследование также обнаружило различия в размере и составе так называемого гетерохроматического блока, массивной повторяющейся области Y-хромосомы. Он имеет длину от 17,6 до 37,2 миллиона пар нуклеотидных оснований у разных мужчин. И похоже, что повторы в этом сегменте не являются полностью случайными, как думали раньше. Такой уровень организации и сохранения ДНК позволяет предположить, что Y-хромосома не деградирует и ей не грозит скорое исчезновение.