A ensamblaxe e análise do cromosoma Y humano, vinculado ao sexo masculino e o último que faltaba por secuenciar por completo dos 24 que temos, preséntase esta semana en dous artigos da revista Nature.
Un dos estudos está dirixido polo Consorcio Telómero a Telómero (T2T, financiado polo Instituto Nacional de Investigación do Xenoma Humano dos NIH de EE UU). Os autores presentan a nova secuencia, que enche lagoas en máis do 50% do cromosoma Y de referencia utilizado ata o de agora.
O Y é o último dos 24 cromosomas humanos en ser secuenciado por completo
Este avance revela importantes características xenómicas, con implicacións para a fertilidade, como os factores que interveñen na produción de esperma, e en enfermidades como o cancro.
A mostra achegouna “un único individuo, ao que nos diriximos co id HG002, que xenerosamente deu o seu consentimento para as investigacións”, explica a SINC unha das autoras e membro do T2T, Monika Cechova, da Universidade de California en Santa Cruz (EE UU).
“Anteriormente, dispoñíase de 57.264.655 pares de bases, pero aproximadamente a metade, é dicir, 30.812.366, eran de secuencia descoñecida. Así que en lugar de secuencias compostas por catro letras A-C-G-T (adenina, citosina, guanina e timina), só tiñamos longos tramos sen concretar”, apunta a investigadora, que subliña: “Agora temos 62.460.029 pares de bases e ningún oco (aínda que hai que ter en conta que o tamaño dos cromosomas Y varía dun individuo a outro)”.
“Agora temos 62.460.029 pares de bases do cromosoma Y humano e ningún oco”
MONIKA CECHOVA, investigadora da Universidade de California
Ademais de engadir máis de 30 millóns de pares de bases ao cromosoma de referencia, preséntanse estruturas completas de varias familias de xenes e identifican 41 novos codificadores de proteínas. Os resultados tamén corrixen suposicións sobre o microbioma, revelando secuencias do cromosoma Y humano previamente descoñecidas que se asignaron erroneamente como bacterianas.
Completar o cromosoma máis descoñecido
Cando a comunidade científica completou a primeira secuencia do xenoma humano hai 20 anos, quedaron lagoas nas secuencias dos 24 cromosomas. Pero a diferenza dos pequenos baleiros esparexidos polo resto da secuencia do xenoma –completadas polo consorcio T2T o ano pasado–, máis da metade da secuencia do cromosoma Y seguía sendo un misterio.
Todos os cromosomas teñen algunhas rexións repetitivas, pero o Y é inusualmente repetitivo, o que fai que a súa secuencia fora moi difícil de completar. Ensamblar os datos de secuenciación é como tentar ler un libro longo cortado en tiras. Se todas as liñas do libro son únicas e diferentes, é máis fácil determinar a orde en que van, pero se a mesma frase se repite miles ou millóns de veces, a orde orixinal das tiras é moito menos clara.
Modernas técnicas de secuenciación permitiron superar o reto do cromosoma Y: é inusualmente repetitivo
Aínda que todos os cromosomas humanos conteñen repeticións, uns 30 millóns de letras do cromosoma Y son secuencias repetitivas. É como se se repetisen as mesmas frases durante a metade da lonxitude do libro. Para abordar este reto, o consorcio T2T aplicou novas tecnoloxías de secuenciación de ADN e métodos avanzados de ensamblaxe de secuencias.
“A maior sorpresa foi o organizadas que están as repeticións”, afirma o doutor Adam Phillippy, investigador principal do Instituto Nacional de Investigación do Xenoma Humano e líder do consorcio.
“Non sabiamos que formaba exactamente a secuencia que faltaba –recoñece–. Podería ser moi caótica, pero en lugar diso, case a metade do cromosoma está formado por bloques alternos de dúas secuencias repetitivas específicas coñecidas como ADN satélite. Forma un fermoso patrón similar a unha colcha”.
Coñecer xenes implicados na fertilidade
A secuencia completa do cromosoma Y tamén mostra características importantes de rexións de interese médico, como o chamado “factor de azoospermia”, un tramo de ADN que contén varios xenes que interveñen na produción de esperma. O novo traballo achega, por tanto, novos coñecementos no campo da fertilidade humana.
“Os cromosomas Y foron ignorados ou descartados durante anos”, afirma a coautora Melissa Wilson, xenetista da Universidade Estatal de Arizona (EE UU), “e a pesar de desempeñar papeis críticos no desenvolvemento dos testículos, hai outro mundo que temos que explorar en relación coa súa implicación na saúde humana”.
Pola súa banda, Phillippy engade: “Cando se atopa unha variación que non se viu antes, a esperanza é sempre que esas variantes xenómicas sexan importantes para comprender a saúde humana. As variantes xenómicas medicamente relevantes poden axudarnos a deseñar mellores diagnósticos no futuro”.
“Cando se atopa unha variación que non se viu antes, a esperanza é sempre que esas variantes xenómicas sexan importantes para comprender a saúde humana”
ADAM Philippy, investigador en T2T
Diversidade global do cromosoma Y
No outro artigo publicado en Nature, liderado polo investigador Charles Lee do Laboratorio Jackson de Medicina Xenómica (tamén en EE UU), preséntanse as secuencias de 43 cromosomas Y humanos diversos, que representan a 21 poboacións mundiais diferentes.
“A metade dos cromosomas Y do noso estudo eran de ascendencia non europea (africana, americana e asiática), mentres que o que secuenciou o consorcio T2T era dun só individuo de ascendencia europea”, explica Lee a SINC, por tanto, “ao analizar múltiples cromosomas deste tipo, podemos observar de preto as diferenzas entre individuos xeneticamente diversos”.
“Dado que o cromosoma Y humano ten moito ADN repetitivo, sospeitei que se comparabamos os de moitos individuos non emparentados atopariamos moita variación xenómica estrutural nel, e así foi”.
A secuencias de 43 cromosomas Y de distintas partes do mundo mostran a súa variación xenética ao longo de 183.000 anos de evolución humana
As ensamblaxes presentadas por este equipo proporcionan unha visión máis detallada da variación xenética entre cromosomas Y ao longo de 183.000 anos de evolución humana. Tamén revelan novas secuencias de ADN, firmas de rexións que se conservan e coñecementos sobre os mecanismos moleculares que contribuíron á súa complexa estrutura.
“Están a xurdir investigacións que demostran que a función xénica adecuada do cromosoma Y é incriblemente importante para a saúde xeral dos homes”, destaca Lee, “e o noso estudo permite incluílo completo en todos os traballos futuros á hora de secuenciar xenomas masculinos para comprender a saúde e a enfermidade“.
“O noso estudo permite incluír ao cromosoma Y completo nos futuros traballos á hora de secuenciar xenomas masculinos para comprender a saúde e a enfermidade”
CHARLES LEE, autor do estudo
“Un exemplo da importancia destes traballos para a medicina pode verse nos recentes achados de que a perda do cromosoma Y se correlaciona cun mal prognóstico en pacientes con cancro de vexiga e inflúe na resposta ás terapias”, lembra o investigador.
“É pouco probable que todo o cromosoma Y sexa a causa disto, polo que dispoñer da secuencia completa do cromosoma Y (e comprender a variación xenética entre os de diferentes individuos), permitirá diseccionar que secuencias específicas do cromosoma Y contribúen ao prognóstico e á resposta terapéutica nestes pacientes”, conclúe.
Por que hai tantas secuencias repetitivas no cromosoma Y?
“Boa pregunta, unha das que segue aberta neste campo”, responde Monika Cechova do consorcio T2T e a UCSC. Detrás do misterio está o ADN satélite, formado por grandes fragmentos de ADN non codificante que se repiten en tándem:
“Sabemos que moitas destas secuencias satélite ou ricas nelas teñen funcións importantes, por exemplo para a bioloxía dos centrómeros ou telómeros. Outras poden introducir diferenzas que impulsen a especiación ou, debido á súa densa estrutura, afectar a actividade de xenes próximos. Tamén hai científicos que pensan que gran parte do ADN satélite ten, na súa maioría, pouca función.
Para min, persoalmente, é moi emocionante que agora podamos estudar estas rexións, xa que hai uns anos eran completamente difíciles de localizar. Isto significa que por fin podemos empezar a comprender a súa estrutura e función.
Por exemplo, no caso do cromosoma Y, o brazo q (que pode variar en millóns de pares de bases duns individuos a outros) está composto por dous satélites principais. Estes parecen intercalados nun patrón moi específico, máis organizado do que esperabamos, e ademais privado doutros elementos, como algúns transpoñibles, que doutro xeito estarían de forma bastante ubicua.
Se nas secuencias repetitivas incluímos as que se organizan en grandes repeticións investidas ou palíndromos (lense da mesma maneira desde ambas as direccións) e conteñen xenes, estas tamén están no cromosoma Y. Unha das principais hipóteses é que a presenza dun xene nun palíndromo significa que cada xene estará sempre presente en dúas copias, polo que sempre haberá unha ‘de reserva’ en caso de mutación”.
Referencias:
- The complete sequence of a human Y chromosome (Publicado en Nature)
- Assembly of 43 human Y chromosomes reveals extensive complexity and variation (Publicado en Nature)
