Διεθνής ερευνητική ομάδα παρουσίασε την πρώτη πλήρη αλληλουχία ενός ανθρώπινου χρωμοσώματος Υ- του τελευταίου ανθρώπινου χρωμοσώματος στο οποίο γίνεται πλήρης αλληλούχιση.
Η νέα αυτή αλληλουχία, η οποία καλύπτονται κενά σε πάνω από το 50% του μήκους του, αποκαλύπτει σημαντικά γονιδιωματικά χαρακτηριστικά, που εκτιμάται πως μπορεί να επηρεάζουν τη γονιμότητα- όπως πχ παράγοντες όσον αφορά στην παραγωγή σπέρματος.
Της έρευνας ηγήθηκε το T2T (Telomere-to-Telomere) Consortium, που χρηματοδοτείται από το National Human Genome Research Institute (NHGRI) και δημοσιεύτηκε στο Nature.
To χρωμόσωμα Υ, καθώς και το Χ, συζητώνται συχνά ως προς τους ρόλους τους στη σεξουαλική ανάπτυξη. Αν και αυτά τα χρωμοσώματα παίζουν κεντρικό ρόλο, οι παράγοντες που εμπλέκονται στην ανθρώπινη σεξουαλική ανάπτυξη είναι διάσπαρτοι σε όλο το γονιδίωμα και πολύ πολύπλοκοι, οδηγώντας στα ανθρώπινα σεξουαλικά χαρακτηριστικά. Επίσης, πρόσφατες έρευνες έδειξαν πως γονίδια στο χρωμόσωμα Υ συμβάλλουν σε άλλες πτυχές της ανθρώπινης βιολογίας- όπως ο κίνδυνος καρκίνου κ.α.
Όταν έγινε η πρώτη πλήρης αλληλούχιση του ανθρώπινου γονιδιώματος, πριν 20 χρόνια, έμειναν κενά στις αλληλουχίες όλων των 24 χρωμοσωμάτων. Ωστόσο αντίθετα με τα μικρά κενά στο υπόλοιπο της αλληλουχίας του γονιδιώματος, πάνω από το ήμισυ της αλληλουχίας του χρωμοσώματος Υ παρέμενε «αίνιγμα».
Όλα τα χρωμοσώματα έχουν κάποιες περιοχές που επαναλαμβάνονται, μα το Υ είναι ασυνήθιστα επαναλαμβανόμενο, κάνοντας ιδιαίτερα δύσκολη την ολοκλήρωση της αλληλουχίας του. Η συγκέντρωση των σχετικών δεδομένων είναι σαν να προσπαθεί κανείς να διαβάσει ένα μεγάλο βιβλίο που είναι κομμένο σε λωρίδες. Αν όλες οι γραμμές του κειμένου του είναι μοναδικές, είναι ευκολότερο να κατανοηθεί η σειρά τους. Ωστόσο αν η ίδια πρόταση επαναλαμβάνεται χιλιάδες ή εκατομμύρια φορές, τα πράγματα δυσκολεύουν.
Αν και όλα τα ανθρώπινα χρωμοσώματα έχουν επαναλήψεις, περίπου 30 εκατομμύρια γράμματα του χρωμοσώματος Υ είναι επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες- είναι σαν οι ίδιες προτάσεις να επαναλαμβάνονται στο μισό βιβλίο.
Για να λυθεί το πρόβλημα αυτό, το Τ2Τ Consortium χρησιμοποίησε νέες τεχνολογίες αλληλούχισης DNA και μεθόδους σύνθεσης, καθώς και γνώσεις που προέκυψαν από τις πρώτες ολοκληρωμένες αλληλουχίσεις των άλλων 23 χρωμοσωμάτων.
«Η μεγαλύτερη έκπληξη ήταν το πόσο οργανωμένες ήταν οι επαναλήψεις» είπε ο Άνταμ Φίλιπι, PhD, ερευνητής του NHGRI και επικεφαλής του T2T Consortium. «Δεν ξέραμε από τι ακριβώς αποτελείται η απούσα αλληλουχία. Θα μπορούσε να είναι πολύ χαοτική, μα αντ’αυτού σχεδόν το ήμισυ του χρωμοσώματος αποτελείται από εναλλασσόμενα μπλοκ δύο συγκεκριμένων επαναλαμβανόμενων αλληλουχιών γνωστών ως DNA- δορυφόρος».
Η ολοκληρωμένη αλληλουχία επίσης αποκαλύπτει σημαντικά χαρακτηριστικά περιοχών ιατρικής σημασίας. Μία εξ αυτών είναι η αποκαλούμενη «azoospermia factor region» (παράγοντας αζωοσπερμίας)- ένα μέρος του DNA με γονίδια που θεωρείται ότι εμπλέκονται στην παραγωγή σπέρματος. Με την ολοκληρωμένη αλληλουχία οι ερευνητές εξέτασαν τη δομή ενός σετ αντεστραμμένων επαναλήψεων (παλινδρομήσεων) στην περιοχή αυτή.
«Η δομή αυτή είναι πολύ σημαντική επειδή περιστασιακά αυτές οι παλινδρομήσεις μπορούν να δημιουργήσουν λούπες DNA» είπε η Αράνγκ Ρι, PhD και επιστήμονας του NHGRI. «Κάποιες αφορές αυτές οι λούπες αποκόπτονται και δημιουργούν διαγραφές στο γονιδίωμα».
Οι διαγραφές στην περιοχή αυτή θεωρείται πως προκαλούν αναταραχή στην παραγωγή σπέρματος, και ως εκ τούτου οι παλινδρομήσεις αυτές θα μπορούσαν να επηρεάζουν τη γονιμότητα. Με μια πλήρη αλληλουχία του χρωμοσώματος Υ οι ερευνητές μπορούν να εστιάσουν με ακρίβεια στις διαγραφές και στις επιπτώσεις τους στην παραγωγή σπέρματος.
Γονίδια που επαναλαμβάνονται συναντώνται και σε άλλες περιοχές με εν δυνάμει ιατρική σημασία. Τα περισσότερα γονίδια στο ανθρώπινο γονιδίωμα έχουν δύο αντίγραφα, ένα που κληρονομείται από τον κάθε γονιό. Ωστόσο κάποια γονίδια έχουν πολλά αντίγραφα που επαναλαμβάνονται σε έναν τομέα του DNA (gene array, παράταξη γονιδίων).
Οι ερευνητές εστίασαν στο TSPY, άλλο ένα γονίδιο που θεωρείται πως μπορεί να εμπλέκεται στην παραγωγή σπέρματος. Τα αντίγραφα του TSPY είναι οργανωμένα στο δεύτερο μεγαλύτερο gene array στο ανθρώπινο γονιδίωμα. Όπως και σε άλλες περιοχές με επαναλήψεις, τα επαναλαμβανόμενα γονίδια είναι δύσκολα στην ανάλυση, οπότε ενώ το TSPY ήταν γνωστό πως υπήρχε σε πολλά επαναλαμβανόμενα αντίγραφα, η συγκεκριμένη αλληλουχία DNA και η οργάνωση αυτής της παράταξης ήταν προηγουμένως άγνωστη. Καθώς οι ερευνητές ανέλυαν αυτή την περιοχή, βρήκαν πως διαφορετικά άτομα είχαν μεταξύ 10 και 40 αντίγραφα του TSPY.
«Όταν βρίσκεις ποικιλομορφία που δεν είχες δει στο παρελθόν, η ελπίδα είναι πάντα πως αυτές οι γονιδιωματικές παραλλαγές θα είναι σημαντικές για την κατανόηση της ανθρώπινης υγείας» είπε ο Φίλιπι. «Ιατρικά σημαντικές γονιδιωματικές παραλλαγές μπορούν να μας βοηθήσουν να σχεδιάσουμε καλύτερα διαγνωστικά εργαλεία στο μέλλον».