Двадцать лет назад, когда исследователи в рамках проекта "Геном человека" объявили о том, что им удалось впервые в истории создать последовательность всего набора ДНК человека, это открытие было воспринято как "расщепление атома или полет на Луну". Это сообщение навсегда изменило область геномики, биологии и медицины, позволив исследователям изучать более сложные вопросы и искать более сложные ответы, связанные с человеческим организмом и способами лечения заболеваний.
Однако исследователи еще не завершили создание полной последовательности генома человека. Их знаковые результаты были определены как "высокоточные" и "высококонтинуальные", а "единственные оставшиеся пробелы соответствуют регионам, последовательность которых не может быть надежно определена с помощью современных технологий".
По-настоящему полная последовательность была опубликована в прошлом году консорциумом Telomere-to-Telomere (T2T) - международным научным сообществом, в котором работают генетик Рейчел О'Нил, директор Института системной геномики UConn (ISG) и заслуженный профессор кафедры молекулярной и клеточной биологии Совета попечителей, и ее лаборатория.
Консорциум T2T секвенировал весь геном человека из клетки с XX хромосомой. Полученные результаты были революционными, но, поскольку примерно половина человеческой популяции имеет не XX, а XY хромосомы, исследователи понимали, что их работа еще не закончена.
"С Y-хромосомой связано множество клинических проявлений", - отмечает О'Нил.
В двух новых работах, опубликованных 23 августа 2023 г. в журнале Nature, О'Нил и ее коллеги впервые предлагают углубленный анализ Y-хромосомы, дополняющий выводы консорциума T2T.
Первая работа, опубликованная консорциумом T2T, представляет собой первую полную сборку Y-хромосомы отдельного человека (T2T-Y). Во второй работе, подготовленной совместно с Лабораторией геномной медицины Джексона (JAX), представлены последовательности Y-хромосомы 43 неродственных людей, что создает основу для будущих исследований того, как генетическое разнообразие в Y-хромосоме влияет на состояние здоровья.
Для достижения этой грандиозной цели лаборатория О'Нила сотрудничала с рядом других ключевых исследователей и лабораторий. В частности, она отмечает, что группа Адама Филлиппи из Национального института здоровья обеспечила сборку хромосомы и стала пионером в этой работе.
"Мы сделали все аннотации повторов, - говорит она, - которые были довольно обширными, поскольку более 50% этой хромосомы состоит из повторов".
В этой работе помогло развитие технологии секвенирования, которая прошла долгий путь с момента первой попытки секвенирования в рамках проекта "Геном человека", завершенной в 2003 году. Технология секвенирования с длинным прочтением, поясняет О'Нил, является ключевой для успешной интерпретации участков ДНК с высокой степенью повторяемости.
Без технологии длинного чтения, - говорит О'Нил, - "это было похоже на попытку собрать книгу, когда все, что у вас есть, - это куча слов". Новая технология, напротив, "дает целые предложения, абзацы, страницы".
Когда первая работа под руководством Аранга Ри из группы Филлиппи готовилась к публикации в журнале Nature, с О'Нилом связались исследователи из JAX, которые также занимались сборкой Y-хромосомы. Профессор JAX Чарльз Ли и младший научный сотрудник Пилле Халласт возглавляли группу, которая проанализировала и секвенировала 43 различные Y-хромосомы от разных людей, причем почти половина из них была африканского происхождения (это важно, поскольку последовательность T2T-Y-хромосомы была получена с использованием ДНК человека европейского происхождения).
И снова лаборатория О'Нила помогла с аннотацией повторов, используя технологию long-read для определения количества и порядка повторяющихся участков на хромосоме. Повторяющиеся участки ДНК, которые могут отличаться по количеству или последовательности у разных людей, составляют большую часть генетических вариаций человека.
Последовательность хромосомы T2T-Y позволила идентифицировать еще 42 ранее не изученных белок-кодирующих гена и добавить к существующему эталонному геному человека еще 30 млн. пар оснований, а секвенирование в JAX позволило получить 43 новые уникальные последовательности Y-хромосомы.
"В совокупности эти две работы дают интригующее представление об Y-хромосоме человека, показывают высокую вариабельность Y-хромосомы у разных людей и закладывают важную основу для будущих исследований, посвященных изучению ее возможного вклада в развитие некоторых расстройств и заболеваний", - отмечается в релизе JAX.
Они представляют собой монументальное достижение в области геномики и еще одну интересную публикацию для лаборатории О'Нила, который продолжает оставаться пионером в изучении влияния повторяющихся элементов в геноме человека".