Последний штрих в расшифровке генома: ученые «дочитали» Y-хромосому

Недавно ученым удалось поставить точку в расшифровке генома человека. Наконец полностью секвенирована («прочитана») Y-хромосома. 23 августа 2023 г. на эту тему вышли сразу две публикации в авторитетном научном журнале Nature. Ожидается, что новая информация поможет ученым лучше разобраться в причинах мужского бесплодия и некоторых заболеваний.

Ученые приступили к работе над расшифровкой генома человека еще 20 лет назад. Путь этот оказался небыстрым, и на нем было немало препятствий.

Еще год назад в генетическом коде оставалось множество белых пятен, но их удалось устранить усилиями более чем сотни ученых, объединившихся в Консорциум «От теломеры до теломеры» (T2T-Consortium).

Не хотела поддаваться только Y-хромосома – маленькая, но сложная и хитрая. Половина скрытой в ней генетической информации так и оставалась «темной материей». Теперь эта загадка решена, и исследователи могут с полной уверенностью сказать: геном человека полностью прочитан!

Исследователи из консорциума T2T добавили данные более чем о 30 миллионах ранее неизвестных «букв» генетического кода и представили полную последовательность Y-хромосомы человека из 62 460 029 пар оснований.

О чем может рассказать информация, скрытая в Y-хромосоме?

Y-хромосому называют «мужской», потому что она есть только у представителей мужского пола, в отличие от женщин, у которых каждая клетка организма несет по две X-хромосомы. Можно сказать: Y-хромосома – это то, что изначально делает мужчину мужчиной. Новые знания о ее структуре помогут ученым разобраться в некоторых причинах мужского бесплодия, например, ответить на вопрос о том, почему в некоторых случаях нарушается выработка спермы.

Однако Y-хромосома интересна не только для специалистов в области репродуктивной медицины. Известно, что в ней есть гены, связанные со здоровьем и продолжительностью жизни. Они кодируют важные белки, которые способствуют предотвращению онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний.

С возрастом некоторые клетки мужского организма утрачивают Y-хромосому. Особенно часто это отмечается в тканях, где активно идут процессы обновления. Никто не знает, почему это происходит, но известны некоторые негативные последствия. Например, 21 июня 2023 года в журнале Nature были опубликованы результаты исследования, которое показало, что из-за потери Y-хромосомы злокачественные клетки лучше уклоняются от атак иммунной системы. Из-за этого повышается риск развития рака мочевого пузыря, но такие опухоли более чувствительны к химиопрепаратам.

Другое недавнее исследование показало, что утрата Y-хромосомы создает угрозу развития сердечно-сосудистых заболеваний.
Некоторые ученые считают, что с потерей Y-хромосомы связана более низкая средняя продолжительность жизни мужчин по сравнению с женщинами. Исследователи ожидают, что расшифровка структуры генов поможет лучше разобраться в их функциях и ответить на многие вопросы о мужском здоровье.

Почему ученые «застопорились» именно на Y-хромосоме?

На этот вопрос отвечают в первых строчках своей работы авторы основного исследования в Nature от 23 августа: «Человеческую Y-хромосому чрезвычайно сложно секвенировать и собирать из-за ее сложной структуры повторов, которая включает длинные палиндромы, тандемные повторы и сегментные дупликации».

Вообще, повторы последовательностей генетического кода есть во всех хромосомах, но в Y-хромосоме они особенно часты – на них приходится 30 из 60 миллионов «букв». Палиндромами называются последовательности, которые «читаются» одинаково слева направо и справа налево. Тандемные повторы – это последовательности повторяющихся фрагментов ДНК. Сегментная дупликация – удвоение достаточно длинного участка ДНК.

Технология секвенирования похожа на чтение книги, каждая страница которой разрезана на несколько кусочков. Если все кусочки уникальны, то из них довольно легко составить цельное произведение. А когда есть много одинаковых фрагментов, то задача сильно усложняется. Из-за этого и возникли проблемы с Y-хромосомой. В этой «книге» половина страниц – повторы. Чтобы решить задачу, ученым пришлось прибегнуть к новой технологии «длинного считывания» и современным вычислительным методам.

Авторы второго исследования рассказали о том, как собрали Y-хромосомы у 43 мужчин из 21 разных популяций, чтобы выявить генетические вариации.

О чем расскажет структура Y-хромосомы, и как эта информация повлияет на репродуктивную медицину? Пока сложно сказать. Но современных знаний о геноме уже хватает, чтобы довольно эффективно предотвращать рождение детей с распространенными генетическими заболеваниями после ЭКО с собственными или донорскими половыми клетками. Если вы планируете воспользоваться донорским материалом, то на бесплатной консультации у нашего врача-специалиста можно узнать много подробностей о генетике и наследовании различных признаков.