Спустя 20 лет после того, как проект «Геном человека» объявили завершенным (хотя сам процесс был далек от завершения), ученые впервые полностью секвенировали Y-хромосому.
У большинства людей имеется 22 пары хромосом плюс две половые хромосомы — либо пара Х-хромосом, либо одна Х и одна Y-хромосома. Наличие Y-хромосомы обычно — но не всегда — приводит к развитию у эмбриона мужских признаков.
Y — одна из самых маленьких хромосом, в ней меньше всего генов, кодирующих белки. Поскольку у нее обычно нет парной хромосомы, с которой она могла бы обменяться участками до полового размножения, в ней с особой вероятностью накапливаются участки повторяющейся ДНК.
Все ранние методы секвенирования ДНК предполагали разбиение ДНК на небольшие фрагменты, считывание их генетического кода и последующую сборку фрагментов путем поиска совпадений. Этот метод не работает с повторяющейся ДНК, в которой многие фрагменты идентичны.
В 2021 году группа специалистов, в которую входила Карен Мига из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, заполнила почти все пробелы и вновь объявила геном человека «полным». Это стало возможным благодаря технологии, разработанной компанией Oxford Nanopore, которая считывает последовательность одной молекулы ДНК при прохождении ее через крошечное отверстие, в результате чего получаются фрагменты, состоящие не из нескольких сотен, а из миллионов букв ДНК.
Однако «полный» геном, секвенированный Мигой и ее коллегами, был женским, состоящим из 22 обычных хромосом и Х-хромосомы. Только сейчас коллеги Миги завершили секвенирование Y-хромосомы, взятой у человека европейского происхождения.
«Y-хромосома изобилует сложными структурами и включает огромные участки, где одни и те же блоки кода повторяются снова и снова с незначительными вариациями, что делает ее сборку довольно сложной. Возможность секвенирования фрагментов ДНК любой длины была абсолютно необходима для этого проекта», — говорит Сергей Нурк, который работал над проектом до поступления на работу в Oxford Nanopore.
Полная Y-хромосома содержит 106 белок-кодирующих генов, что на 41 ген больше, чем в «эталонном» геноме. Но почти все эти дополнительные гены являются копиями одного гена под названием TSPY.
В то же время группа Чарльза Ли из Лаборатории геномной медицины Джексона в Коннектикуте секвенировала Y-хромосомы 43 разных мужчин, в том числе 21 африканца. По словам Ли, эти группы были независимыми, но сотрудничали. По его словам, только три Y-последовательности, полученные его командой, не имеют пробелов. Остальные имеют от одного до пяти пробелов.
По словам Ли, 43 Y-хромосомы демонстрируют значительное разнообразие. Например, число копий гена TSPY варьирует от 23 до 39.
Делает ли повторяющаяся ДНК в Y-хромосоме что-то важное, пока неясно.
«Полагаю, что о повторяющейся ДНК можно многое узнать, но мы просто еще не понимаем ее, и поэтому до сих пор считаем ее нежелательной», — говорит Ли.
Но большинство биологов и клиницистов мало интересуются повторяющейся ДНК, говорит Дэвид Пейдж из Массачусетского технологического института, изучающий Y-хромосому. По его словам, секвенирование также выявило очень мало нового о «эухроматических» участках Y-хромосомы, которые содержат гены.
«Настоящее исследование [группы Миги] представляет собой постепенный прогресс в нашем понимании эухроматических частей, которое считалось практически полным 20 лет назад», — говорит Пейдж.
