Полная расшифровка «странной» Y-хромосомы открывает новые возможности для исследований

Новые методы длинного чтения (long-read sequencing) позволили впервые полностью секвенировать Y-хромосому человека от теломеры до теломеры (T2T). Исследование опубликовано в журнале Nature.

Роль в определении пола

Y-хромосома определяет мужской пол благодаря наличию гена SRY. Этот ген направляет развитие гонадного валика эмбриона в семенники, которые производят мужские гормоны. У эмбрионов с двумя X-хромосомами и без SRY этот же валик развивается в яичники.

Особенности Y-хромосомы

Y-хромосома сильно отличается от других хромосом:

• Она мала и содержит мало генов (всего 27 против примерно 1000 на X-хромосоме).
• Среди её генов — SRY, несколько генов, необходимых для производства сперматозоидов (например, RBMY и DAZ, присутствующие в множественных копиях), и гены, важные для жизнеспособности.
• Хромосома полна «мусорной ДНК» — высокоповторяющихся последовательностей, происходящих от остатков древних вирусов, «мёртвых» генов и простых тандемных повторов.
• Некоторые участки организованы в инвертированные петли, а генетические аварии (дупликации и делеции) происходят часто.

Эволюционное происхождение

Около 150 миллионов лет назад X и Y были обычной парой хромосом. После появления гена SRY на одной из них образовалась прото-Y-хромосома, которая оказалась «заперта» в семенниках. Из-за большого числа клеточных делений и слабого механизма репарации она быстро дегенерировала, теряя около 10 активных генов за миллион лет — с исходных 1000 до нынешних 27. Этот процесс породил дискуссии о возможном исчезновении Y-хромосомы через несколько миллионов лет (что уже произошло у некоторых грызунов).

Почему расшифровка была сложной

Стандартные методы короткого чтения (short-read), использовавшиеся для других хромосом, не справлялись с высокоповторяющимися и сложно организованными участками Y. Только современные технологии длинного чтения (thousands of bases) позволили собрать последовательность, что потребовало многократных попыток для самых сложных регионов.

Ключевые результаты полной последовательности

• Подтверждена необычная структура хромосомы, предсказанная ранее.
• Обнаружено несколько новых генов, которые являются дополнительными копиями уже известных мультикопийных генов.
• Уточнена граница псевдоаутосомной области (общей с X-хромосомой).
• Определена структура центромеры.
• Полностью описана сложная смесь повторяющихся последовательностей в флуоресцирующем участке хромосомы.

Значение для будущих исследований

Полная эталонная последовательность создаёт основу для новых изысканий. Учёные смогут:

• Изучить регуляцию работы генов SRY и сперматогенеза.
• Сравнить функции парных генов на X и Y.
• Исследовать происхождение и амплификацию повторяющихся последовательностей.
• Анализировать Y-хромосомы мужчин по всему миру на признаки продолжающейся дегенерации или недавней эволюции.

Работа открывает новую эру в исследовании Y-хромосомы.