Y-хромосома: ученые впервые смогли «взломать» код мужчины

Y-хромосома — одна из двух половых хромосом человека, которая определяет мужской пол и отвечает за производство и развитие сперматозоидов. Она передается от отца к сыну и содержит уникальные гены, которые не имеют аналогов в других хромосомах. Однако до недавнего времени Y-хромосома оставалась самой загадочной и недоступной для изучения частью генома человека.


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.


— 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.


Адам Филлипс, руководитель проекта. из NIST.