В 2003 году ученые завершили проект по секвенированию всего генома человека, то есть определению последовательности всех последовательностей ДНК, из которых состоят наши гены. Однако Y-хромосома оказалась настолько сложной и необычной, что ее удалось прочитать только наполовину. Большая часть ее ДНК состоит из повторяющихся участков, которые трудно различить и собрать в правильном порядке. Кроме того, Y-хромосома имеет особые концы, называемые теломерами, которые защищают ее от разрушения и укорачивания. Теломеры также состоят из повторяющихся последовательностей ДНК, но их длина и структура могут меняться в зависимости от возраста, здоровья и окружения человека.
В 2020 году ученые смогли полностью секвенировать другую половую хромосому — X-хромосому, которая присутствует у обоих полов в двух копиях. Это было сделано с помощью новых технологий, которые позволяют прочитывать длинные фрагменты ДНК без разрывов и ошибок. Такой подход получил название «теломер-к-теломеру» (T2T), так как он охватывает весь генетический материал от одного конца хромосомы до другого.
В среду 23 августа 2023 года международная группа исследователей под руководством Национального института стандартов и технологий (NIST) и Национального института генетических ресурсов (NHGRI) США объявила о том, что им удалось применить метод T2T к Y-хромосоме и получить ее полную последовательность. Это был настоящий прорыв в генетике, так как Y-хромосома считалась самой сложной для секвенирования и сборки.
Ученые выявили более 62 миллионов пар оснований ДНК на Y-хромосоме, что на 30 миллионов больше, чем было известно ранее. Они также обнаружили 41 новый ген, кодирующий белок, который участвует в различных функциях организма. Всего на Y-хромосоме оказалось 271 ген, из которых 156 кодируют белки, а остальные — РНК, которая регулирует работу генов.
Полученная последовательность Y-хромосомы открывает новые возможности для изучения ее роли в здоровье и болезнях человека. Y-хромосома связана с рядом наследственных заболеваний, таких как синдром Шерешевского-Тернера, синдром Клайнфельтера и синдром Якобса. Эти синдромы возникают из-за отсутствия или наличия лишней копии Y-хромосомы и проявляются различными физическими и психическими нарушениями.
Кроме того, Y-хромосома влияет на фертильность мужчин и может быть причиной бесплодия. Исследования показали, что мужчины могут потерять часть или всю Y-хромосому с возрастом или под воздействием вредных факторов, таких как курение, стресс или радиация. Это может привести к снижению количества и качества сперматозоидов или к их полному отсутствию.
Еще одна важная область применения новой последовательности Y-хромосомы — это онкология. Мужчины чаще страдают от рака и умирают от него, чем женщины. Одной из причин этого может быть то, что Y-хромосома содержит гены, которые контролируют рост и деление клеток. Если эти гены мутировали или потерялись, то клетки могут начать бесконтрольно размножаться и образовывать опухоли. Например, ученые обнаружили связь между потерей Y-хромосомы и раком крови (лейкемией).
Ученые надеются, что благодаря полному картированию Y-хромосомы они смогут выявить варианты ДНК, которые связаны с конкретными чертами или заболеваниями, и разработать персонализированные методы лечения и профилактики. Это может значительно улучшить качество жизни и продолжительность жизни мужчин по всему миру.
Y-хромосома — уникальный источник информации о происхождении и эволюции человека. Она позволяет проследить родословную мужской линии от древних до современных популяций и узнать, как они взаимодействовали между собой и с окружающей средой. Y-хромосома также может рассказать нам о том, как менялась длина жизни мужчин, какие факторы влияли на их здоровье и какие генетические особенности делали их уникальными
— Екатерина Макова из университета штата Пенсильвания, одна из авторов исследования.
Исследование Y-хромосомы было частью большого проекта по созданию нового стандарта генома человека, который будет отражать всю его биологическую разнообразность. Этот проект называется T2T-консорциум и объединяет ученых из разных стран и организаций. Они планируют секвенировать все 23 пары хромосом человека, включая митохондриальную ДНК, которая передается по материнской линии.
Наша цель — создать наиболее полный и точный геном человека, который будет служить эталоном для всех будущих исследований. Мы хотим, чтобы каждый человек мог узнать свою генетическую историю и связь с другими людьми. Мы также хотим помочь медицине в поиске новых способов диагностики, лечения и предотвращения болезней
Адам Филлипс, руководитель проекта. из NIST.
