Χρωμόσωμα Υ: Πρώτη πλήρης αλληλουχία έπειτα από 20 χρόνια προσπαθειών

Πριν από 20 χρόνια παρουσιάστηκε το προσχέδιο της αλληλούχησης του «αρσενικού» χρωμοσώματος Υ το οποίο όμως είχε πολλά κενά. Χρειάστηκαν δύο δεκαετίες για να εμφανιστεί για πρώτη φορά μέσα από δύο νέες μελέτες στην επιθεώρηση «Nature» η πλήρης αλληλούχηση του χρωμοσώματος Υ η οποία αναμένεται να ρίξει φως στην υπογονιμότητα, σε νόσους όπως κάποιες μορφές καρκίνου, στη γήρανση αλλά και στην ανθρώπινη εξέλιξη.

Πολύτιμες πληροφορίες από τις δύο μελέτες

Στην πρώτη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Νature παρουσιάστηκε η πλήρης αλληλούχηση του χρωμοσώματος Υ ενός άνδρα η οποία προσέφερε περισσότερο από το 50% της γενετικής πληροφορίας που έλειπε ως σήμερα. Η δεύτερη μελέτη αφορούσε την αλληλούχηση του χρωμοσώματος Υ 43 ατόμων από διαφορετικές περιοχές του κόσμου η οποία προσέφερε μια συνολικότερη εικόνα της γενετικής ποικιλομορφίας μεταξύ διαφορετικών ατόμων και πληθυσμών.

Προσθήκη 30 εκατομμυρίων ζευγών βάσεων μέσω της νέας αλληλούχησης

Τα χρωμοσώματα είναι δομές που βρίσκονται στον πυρήνα όλων των κυττάρων του ανθρώπινου οργανισμού και περιέχουν «πακεταρισμένο» το DNA εντός τους. Η έλικα του DNA αποτελείται από ζεύγη βάσεων (αδενίνη, κυτοσίνη, θυμίνη και γουανίνη) – υπάρχουν περί τα 3 δισεκατομμύρια τέτοια ζεύγη βάσεων στο πλήρες ανθρώπινο γονιδίωμα. Περί τα 62 εκατομμύρια από αυτά τα ζεύγη βάσεων ανήκουν στο χρωμόσωμα Υ.

Η νέα αλληλούχηση προσέθεσε περισσότερα από 30 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων τα οποία συμπλήρωσαν σημαντικά κενά στο ανθρώπινο γονιδίωμα.

Οι δύο νέες μελέτες μελέτες έβαλαν όλα τα κομμάτια του παζλ που αφορά την αλληλούχηση του χρωμοσώματος Υ στη σωστή θέση τους. (N. Hanacek/NIST)

Το «επαναλαμβανόμενο» χρωμόσωμα

Οι άνθρωποι υπό φυσιολογικές συνθήκες διαθέτουν 22 ζεύγη χρωμοσωμάτων καθώς και δύο χρωμοσώματα που καθορίζουν το φύλο – κάθε άνθρωπος έχει είτε ζεύγος ΧΧ είτε ΧΥ χρωμοσωμάτων. Το χρωμόσωμα Χ διαθέτει περισσότερα από διπλάσια ζεύγη βάσεων σε σχέση με το Υ, ωστόσο η αλληλούχησή του ήταν πολύ πιο εύκολη από εκείνη του Υ. Και αυτό διότι το χρωμόσωμα Υ είναι το πιο πολύπλοκο χρωμόσωμα το οποίο διαθέτει πολλές επαναλαμβανόμενες – καθρεφτικές – αλληλουχίες εντός του. Ετσι επί μακρόν οι επιστήμονες δεν μπορούσαν να βρουν την ακριβή θέση όλων αυτών των τόσο παρόμοιων αλληλουχιών, δεν μπορούσαν να συνθέσουν σωστά το παζλ του χρωμοσώματος Υ τοποθετώντας σωστά το κάθε κομμάτι του, παρότι αυτές οι επαναλαμβανόμενες περιοχές είναι άκρως σημαντικές αφού κωδικοποιούν την παραγωγή σπέρματος ενώ παίζουν σημαντικό ρόλο και σε περίπτωση εμφάνισης γενετικών μεταλλάξεων βοηθώντας τα γονίδια να συνεχίζουν τη λειτουργία τους.

Πώς μπήκαν τα κομμάτια του παζλ στη σωστή θέση τους

Τώρα οι ερευνητές χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο κατάφεραν να τοποθετήσουν σωστά τα κομμάτια του παζλ του χρωμοσώματος Υ. «Ηταν πάντα πολύ ενοχλητικό το να γνωρίζουμε ότι δεν… γνωρίζαμε το μισό χρωμόσωμα Υ όταν προσπαθούσαμε να κάνουμε οποιαδήποτε ανάλυση αναφοράς» ανέφερε η Αράνγκ Ράι, επιστήμονας στο Εθνικό Ερευνητικό Ινστιτούτο για το Ανθρώπινο Γονιδίωμα των ΗΠΑ και κύρια συγγραφέας της μελέτης στην οποία αλληλουχήθηκε το χρωμόσωμα Υ ενός ατόμου. Επρόκειτο συγκεκριμένα για άτομο ευρωπαϊκής καταγωγής και το γονιδίωμά του ήταν γνωστό ως ΗG002.

Ολα τα ανθρώπινα γονιδιώματα μοιράζονται το 99,9% των ζευγών βάσεων, ωστόσο αυτή η διαφορά του μόλις 0,1% μπορεί να έχει σημαντική επίδραση στην υγεία ή στην ασθένεια.

Ολοκλήρωση της εικόνας της γενετικής ποικιλομορφίας

Παρότι η αλληλούχηση του ΗG002 Υ χρωμοσώματος παρείχε μια σημαντική βάση αναφοράς για γενετική σύγκριση, η δεύτερη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Νature και η οποία διεξήχθη από ερευνητές του Εργαστηρίου Jackson για τη Γενωμική Ιατρική ήταν εκείνη που συμπλήρωσε την εικόνα αποκαλύπτοντας τις πολλές παραλλαγές που υπάρχουν στο χρωμόσωμα Υ διαφορετικών ανθρώπων.

Τα 43 γονιδιώματα που επελέγησαν για αλληλούχηση προέρχονταν από το  1000 Genomes Project και περίπου τα μισά εξ αυτών ανήκαν σε άτομα αφρικανικής καταγωγής, γεγονός που ήταν σημαντικό ώστε να είναι πιο αντιπροσωπευτικά της γενετικής ποικιλομορφίας. Και πράγματι από την ανάλυση προέκυψε αυτή η γενετική ποικιλομορφία καθώς φάνηκαν σημαντικές διαφορές στο μέγεθος αλλά και στη δομή του χρωμοσώματος Υ μεταξύ διαφορετικών ατόμων. Για παράδειγμα οι ερευνητές ανακάλυψαν ένα μεγάλο εύρος στον αριθμό των ζευγών βάσεων – από 45,2 εκατομμύρια ως 84,9 εκατομμύρια.

Φως σε νόσους αλλά και στην ανθρώπινη εξέλιξη

Η νέα γνώση αναμένεται να οδηγήσει σε καλύτερη κατανόηση των γενετικών διαφορών που οδηγούν σε υπογονιμότητα, σε καρκίνο και άλλα προβλήματα υγείας. Παράλληλα οι διαφορές που εμφανίζονται μεταξύ των χρωμοσωμάτων Υ διαφορετικών ατόμων αναμένεται να βοηθήσουν τους μοριακούς ανθρωπολόγους και άλλους επιστήμονες που ασχολούνται με την ανθρώπινη εξέλιξη να ρίξουν περισσότερο φως στα μυστικά της.