За последние десятилетия исследователи добились выдающихся успехов в расшифровке генома человека, однако проблемой оставалась «мужская» Y-хромосома. Эта половая хромосома была слишком сложна, чтобы успешно изучить ее имеющимися методами. Сейчас ученым удалось определить ее последовательность, благодаря чему эталонный человеческий геном пополнился десятками функциональных генов
Как известно, у млекопитающих пол особи задается генетически, через особые X- и Y-хромосомы: генотип XX определяет развитие организма женского пола; генотип XY – мужского. Надо добавить, что это не универсальный способ: так, у некоторых рептилий (к примеру, черепах) пол будущей особи зависит от температуры, при которой развивался эмбрион в яйце. Но, по-видимому, генетический способ оказался эффективнее, и примерно 300–160 млн лет назад из обычных аутосом предков современных млекопитающих образовались половые хромосомы.
Постепенно эти хромосомы потеряли способность рекомбинировать (обмениваться участками) друг с другом, так что сугубо «мужские» и «женские» гены уже не попадали случайно к особи противоположного пола. При этом на Y-хромосоме, имеющейся лишь у мужской половины популяции, не располагались жизненно важные гены. В результате она стала деградировать, лишаясь части «ненужных» ей генов и накапливая большое количество нефункциональных последователей. Речь идет о палиндромах – длинных последовательностях из более чем миллиона пар азотистых оснований, одинаковых в обоих направлениях, а также о сателлитной ДНК – больших, многократно повторяющихся участках ДНК, не кодирующих белки.
Такая структура Y-хромосомы затрудняет ее изучение. Первая «сборка» последовательности Y-хромосомы человека, созданная почти 20 лет назад, была неполной – примерно половину (около 46 %) составляли «пробелы». Это затрудняет понимание, какие варианты функциональных генов расположены на Y-хромосоме и какие из них связаны с развитием заболеваний, в первую очередь в репродуктивной сфере.
Недавно международная группа ученых смогла расшифровать Y-хромосому благодаря новым технологиям секвенирования и новым вычислительным методам, способным обрабатывать повторяющиеся последовательности. Объектами исследования стали Y-хромосомы 43 человек мужского пола – участников проекта «1000 геномов», представляющих все континенты. Этот набор данных дает достаточно полное понимание о ходе изменений Y-хромосомы на протяжении более чем 180 тыс. лет эволюции человека.
В результате ученым удалось добавить еще 30 млн пар оснований к первому практически полному секвенированному геному человека, который был опубликован в 2022 г. Исследователи также отметили значительное разнообразие размера и структуры Y-хромосомы, которая является наиболее быстро меняющейся хромосомой человека и человекообразных обезьян. У двух здоровых мужчин Y-хромосомы могут выглядеть очень по-разному, к примеру, число копий какого-либо гена может разниться вдвое.
Знание о последовательности Y-хромосомы важно для понимания хода эволюции человека и оценки дрейфа генов в человеческих популяциях. По Y-хромосоме легче отслеживать передачу генов в поколениях, так как она наследуется, практически не рекомбинируя, в отличие от аутосом и Х-хромосомы.
Ученые также получили информацию, позволяющую обнаружить новые ассоциации признаков с вариантами генов, расположенных на Y-хромосоме. К примеру, некоторые люди с возрастом теряют часть или даже весь генетический материал этой хромосомы, но почему это происходит и какие последствия повлечет, пока неизвестно. Новые данные помогут пролить свет как на эту тайну, так и на механизмы развития репродуктивных расстройств, связанных с «мужской» хромосомой.
Новые, полные последовательности Y-хромосомы будут представлены в проекте пангенома, включающего разные генные варианты из всех регионов мира. Этот проект должен обеспечить равное «представительство» геномов людей разного этнического происхождения в базах данных, что поможет им получать «адекватные» медицинские услуги.
Фото: https://api.ndla.no