Расшифрован генетический «штрихкод» центромер — самых загадочных областей генома

Центромеры — это области хромосом, которые обеспечивают их правильное разделение при делении клетки. Долгое время они считались «чёрными ящиками» генома: их ДНК состоит из длинных повторов, её сложно секвенировать и собрать. Лаборатория Сильвии Джунты в Университете Рима Сапиенца (Италия) с 2021 года изучает эти загадочные регионы.

В новом исследовании, опубликованном в Science, учёные впервые смогли численно и визуально представить ДНК центромер, раскрыв скрытый слой архитектуры генома.

Ключевое открытие: уникальный «штрихкод» для каждой хромосомы

Исследователи обнаружили, что каждая центромера имеет свой уникальный «штрихкод» — специфическую числовую сигнатуру, основанную на расстояниях между короткими повторяющимися мотивами ДНК. Этот «штрихкод»:

• Уникален для каждой хромосомы (например, хромосома 1 отличается от хромосомы 2).
• Сохраняется у разных людей, что указывает на эволюционно консервативную архитектуру.
• Обнаружен у обоих гаплотипов (материнского и отцовского) в диплоидном геноме, собранном в лаборатории, несмотря на высокую вариабельность последовательностей центромерной ДНК.

Новый инструмент и неожиданное применение

Для систематического анализа этих паттернов был создан Genomic Centromere Profiling (GCP) pipeline — публично доступный инструмент для аннотации ДНК, декодирования её в «штрихкоды» и сравнения между индивидами.

Используя GCP, учёные сделали ещё одно открытие: центромерный мотив, использованный для создания «штрихкодов», встречается не только в центромерах, но и организованно расположен вдоль плеч хромосом. Это привело к созданию Human Centeny Map — вычислительной карты, которая использует ориентацию и расстояние этого мотива для сравнительной геномики, подобно цитогенетическому бэндингу, но на другом уровне разрешения.

Значение и перспективы

Это открытие предлагает новый способ «чтения» ДНК, выходящий за рамки линейной последовательности нуклеотидов. «Штрихкоды» центромер и карты Centeny дают инструменты для изучения:

• эволюции генома,
• поведения хромосом при раке и других заболеваниях,
• фундаментальной организации хромосом.

Исследование является частью более широкой работы лаборатории Джунты, поддержанной Итальянским фондом исследований рака (AIRC) и Европейским исследовательским советом (ERC), по изучению роли центромер в болезнях. Оно знаменует сдвиг от генетики к всесторонней геномике, включая изучение повторяющихся и сложных регионов ДНК.