Et av de minste kromosomene hos mennesker, det mannlige kjønnskromosomet, er det siste som er fullstendig sekvensert. Forskning vil gjøre det mulig å oppdage, i fremtiden, hvilken rolle Y-kromosomet spiller i utviklingen av menn, fruktbarhet og sykdommer med genetisk årsak.
Denne måneden ble historien skrevet: et team bestående av mer enn hundre forskere klarte å fylle hullene i den genomiske sekvenseringen av Y-kromosom20 år etter at det første utkastet til DNA-koden ble publisert.
Undersøkelsen, som ga opphav til to vitenskapelige artikler publisert i Naturavslører den komplette katalogen over gener i det mannlige kjønnskromosomet – det siste menneskelige kromosomet som er fullstendig sekvensert – og måten de er organisert på.
«Det er et fantastisk stykke arbeid og en landemerkestudie innen genetikk,» sa Dianne Newbury, professor i medisinsk genetikk ved Oxford Brookes University, som ikke var involvert i forskningen, til Live Science. «Y-kromosomsekvensering gir en komplett bilde av hele det menneskelige genomet og det vil sette i gang mange studier på kjønnskromosomet som ikke hadde vært mulig til da.»
Y-puslespillet
Y-kromosomet er et av de to kromosomene, sammen med X-kromosomet, ansvarlig for å bestemme biologisk sex hos mennesker. Kvinner har normalt to X-kromosomer, mens menn har ett av hver type.
Det er viktig for utviklingen av mannlige seksuelle egenskaper, siden det bærer genet for kjønnsbestemmende region Y (SRY), som koder for et protein som fremmer testikkelutvikling og blokkerer utviklingen av kvinnelige organer som livmor og eggledere.
Den ble delvis sekvensert i 2003 som en del av Human Genome Project, som produserte det første utkastet til det menneskelige genomet. Y-kromosomet har imidlertid en veldig kompleks struktur som inneholder mange lange, repeterende DNA-sekvenser, og til nå var mindre enn 50 % av sekvensen kjent.
«Når vi rekonstruerer et genom, kan vi ikke sekvensere et helt kromosom på en gang,» forklarte Adam Phillippy, hovedforfatter av en av de nye studiene og seniorforsker ved National Human Genome Research Institute. «Akkurat som å rekonstruere et puslespill, er det de repeterende delene som ser like ut som alltid er de vanskeligste. Så vi sparer dem til sist.»
Ved å bruke en kombinasjon av banebrytende DNA-sekvensering og maskinlæringsteknologier, samt kunnskap fra sekvensering av de andre 23 menneskelige kromosomene, klarte Phillippys team å sekvensere Y-kromosomet fullstendig.
Forskere har oppdaget at den inneholder 62 460 029 DNA-basepar, parene med «bokstaver» som utgjør trinnene på DNA-stigen. Det er 30 millioner mer enn i det nyeste referansegenomet, GRCh38, som har blitt kontinuerlig forbedret de siste 20 årene.
Ved å korrigere noen feil i GRCh38, oppdaget teamet de komplette strukturene til flere genfamilier, som DAZ og RBMY, som er involvert i sædproduksjon.
Den identifiserte også 41 nye proteinkodende gener og oppdaget ny informasjon om ikke-kodende regioner kjent som satellitt-DNA – som ikke har tegninger for proteiner – samt sekvenser som tidligere ofte ble forvekslet med bakteriell DNA.
Ved å bruke leksjonene de lærte i å bygge dette nye genomet, kalt T2T-Y, utviklet teamet en programvare kalt Verkko som kan brukes til å effektivt sette sammen komplette ytterligere kromosomsekvenser. Dette trinnet var veldig viktig i forskningen, ettersom T2T-Y ble konstruert fra Y-kromosomet til kun én donor, så det gir ikke et fullstendig bilde av hvordan det kan variere mellom mennesker.
I en andre studie brukte forskere Verkko for å samle Y-kromosomene til 43 menn fra 21 forskjellige land som donerte DNA-prøver til 1000 Genomes Project. Disse sekvensene gjenspeiler omfanget av moderne Y-kromosommangfoldmed de 43 kromosomene og T2T-Y som deler en felles stamfar for rundt 183 tusen år siden.
Sekvensene varierte mellom 45,2 millioner og 84,9 millioner basepar og viser som helhet at Y-kromosomet vesentlig diversifisert dens størrelse og struktur over tid.
De siste funnene kan lette påvisning av genetiske varianter på Y-kromosomet, for å assosiere dem med spesifikke egenskaper, og utvikling av personaliserte behandlinger for genetiske sykdommer eller kreft.
Begge vitenskapelige artiklene kan konsulteres her og her.
