Исследование раскрывает секреты неуловимого компартмента генома

Хотя большая часть генома человека секвенирована и собрана, ученые сталкивались с трудностями при картировании несобранных областей ДНК, состоящих в основном из повторяющихся последовательностей, включая центромеры.

Впервые исследователи из Университета Коннектикута и Университета Рочестера секвенировали все центромеры у многоклеточного организма.

Исследование, опубликованное в журнале PLOS Biology на примере плодовой мушки (Drosophila melanogaster), проливает свет на фундаментальный аспект биологии и показывает, что генетические элементы могут играть большую роль в функции центромер, чем считалось ранее.

"Центромеры по-прежнему широко считаются «черной дырой» геномики, — говорит Барбара Меллоне, ведущий автор исследования. — Мы прорываемся через эти барьеры, используя возможности секвенирования длинными прочтениями единичных молекул и визуализации хроматиновых волокон, чтобы открыть детальную организацию центромер".

Плодовая мушка — мощная модель для изучения центромер, так как у неё всего четыре пары хромосом (против 23 у человека), а центромеры меньше и, следовательно, относительно легче секвенировать и собирать.

Если центромеры, жизненно важные для деления клеток, функционируют неправильно, клетки могут делиться с слишком малым или слишком большим количеством хромосом, что может привести к анеуплоидным нарушениям, таким как синдром Дауна, или прогрессии опухолей.

У многих видов, включая человека, центромеры часто находятся в центре хромосомы, встроенные в большие блоки повторяющейся ДНК, известной как сателлитная ДНК. Секвенировать её сложно из-за повторяющейся природы: традиционные методы "разрезают" нити ДНК, считывают их, а затем пытаются собрать обратно. Но части повторяющейся ДНК выглядят одинаково, что похоже на сборку пазла с очень похожими фрагментами.

Вопреки прежним представлениям, центромеры плодовой мушки на самом деле состоят из «островков» сложной ДНК, обогащённой ретроэлементами. Эти сложные островки встроены глубоко в массивы сателлитной ДНК, что и мешало их открытию более двух десятилетий.

Секвенирование самых повторяющихся частей геномов — один из «последних рубежей сборки генома», отмечают авторы.

"Описанные нами подходы станут основой для открытия центромер у других животных", — говорит Барбара Меллоне.