Новые исследования показывают, как кроссинговер ДНК влияет на здоровое и аномальное деление сперматозоидов и яйцеклеток
Процесс мейоза, при котором образуются половые клетки (сперматозоиды и яйцеклетки), зависит от кроссинговера — обмена участками ДНК между парами хромосом, унаследованных от каждого родителя. Нарушения в формировании кроссинговера могут приводить к анеуплоидии (неправильному числу хромосом), что является причиной бесплодия, выкидышей и таких состояний, как синдром Дауна.
Два новых исследования генетиков из Гарвардской медицинской школы проливают свет на этот фундаментальный процесс.
Исследование сперматозоидов (Nature)
Учёные впервые одновременно проанализировали кроссинговер и анеуплоидию на всех хромосомах в более чем 30 000 человеческих сперматозоидов, используя новый инструмент полногеномного секвенирования Sperm-seq.
Ключевые результаты:
- Уровень анеуплоидии в сперматозоидах варьировался от человека к человеку в 5 раз (от 1% до 5%), со средним значением 2,5%.
- Было обнаружено более 813 000 событий кроссинговера.
- Число, расположение и расстояние между точками кроссинговера изменяются согласованно. В клетках с большим числом кроссинговеров они, как правило, расположены ближе друг к другу и чаще в центральных областях хромосом.
- Учёные предполагают, что эти вариации могут регулироваться степенью уплотнения хромосом во время мейоза.
«Геном каждого отдельного сперматозоида рассказывает подробную историю о человеческом наследовании... Десятки тысяч таких историй учат нас многому о мейотических процессах и их уязвимостях», — сказал Стивен Маккарролл, руководитель исследования.
Это исследование даёт новое понимание «мужского фактора» в бесплодии и репродуктивном здоровье.
Исследование яйцеклеток червей (Current Biology)
Исследование в лаборатории Моники Колайакович на яйцеклетках червя Caenorhabditis elegans объяснило, почему кроссинговер чаще происходит в одних областях хромосом и реже — в других.
Ключевые результаты:
- Успех кроссинговера зависит от его положения на хромосоме.
- Кроссинговер на плечах хромосом проходит нормально.
- Кроссинговер в центромерных (центр) и теломерных (концы) областях часто завершается неудачно: «скрепляющий» хромосомы «клей» удаляется не из тех мест, хромосомы распадаются и разделяются случайным образом, что приводит к образованию анеуплоидных яйцеклеток.
Вывод: причина, по которой центромеры и теломеры в большинстве видов «сопротивляются» кроссинговеру, заключается в том, что они не могут обеспечить здоровую организацию или разделение хромосом, что ведёт к аномалиям, вредным для потомства.
«Это первая прямая демонстрация у многоклеточного животного, что положение кроссинговера должно быть жёстко отрегулировано, чтобы обеспечить нормальное расхождение хромосом и избежать анеуплоидии», — сказала Колайакович.
Оба исследования дополняют друг друга, углубляя понимание регуляции мейоза у разных полов и видов.