Новый сравнительный генетический анализ последовательности Х-хромосомы, которая известна как «женский» аналог мужской хромосомы Y, показал, что большая часть X хромосомы эволюционировала, и играет определенную роль в выработке спермы. Об этом удивительном открытии сообщили ученые Института Уайтхеда в статье, опубликованной на этой неделе в журнале Nature Genetics, которые пришли к неожиданному заключению, что, несмотря на свою репутацию наиболее стабильной, X-хромосома фактически переживает относительно быстрые изменения. Вместе эти результаты показывают, что пришло время пересмотреть биологическую и медицинскую важность Х-хромосомы.
«Но у X-хромосомы есть и "двойная жизнь"», — говорит Дэвид Пейдж из Института имени Уайтхеда, который проводил исследование в своей лаборатории. «Для генетики X-хромосома представляет собой самую известную, наиболее интенсивно изученную хромосому. И история хромосомы X непрерывно связанна с историей связанных с Х-хромосомой рецессивных заболеваний, таких как дальтонизм, гемофилия и мышечная дистрофия Дюшенна», — добавил Пейдж, — «Но есть и другая сторона X-хромомомы, сторона, которая стремительно развивается, и, кажется, настроена на репродуктивную функцию мужчин».
Важно знать: Структурные аберрации Х-хроматина
Лаборатория Пейджа известна своими новаторскими исследованиями Y-хромосомы, приступили к сравнению мышиных и человеческих Х-хромосом, в частности, для проверки давнего биологического постулата, согласно которому ген, содержащийся в Х-хромосомах неизменен и передается всем млекопитающим. Тем не менее, чтобы провести такое сравнение, специалистам лаборатории пришлось обновить человеческие последовательности X-хромосом, которые первоначально представляли собой мозаику последовательностей Х-хромосом, по меньшей мере 16 человек. Эта структура имела ошибки и пробелы, которые не могли охватывать так называемые амплифицированные области, содержащие сегменты нуклеотидов, которые практически идентичны. Такая почти полная идентичность мешает обнаружению крошечных, но важных различий.
Чтобы установить прямую последовательность, сотрудники лаборатории применили уникальный метод секвенирования, разработанный Пейджом вместе с сотрудниками Университета Вашингтона в Сент-Луисе, который помог ориентироваться в структурной сложности Y-хромосом. Как сообщалось около десяти лет назад:
Y-хромосома содержит несколько больших областей палиндромов, областей зеркальных генетических последовательностей.
Такие участки не поддаются расшифровке с помощью традиционных методов секвенирования, которые просто не в состоянии обнаружить чрезвычайно тонкие генетические различия. Поэтому Пейдж и его коллеги разработали так называемый метод SHIMS, который помог установить окончательную последовательность ДНК Y-хромосомы.
С помощью SHIMS, в лаборатории значительно улучшили эталонную последовательность Х-хромосомы, точно объединив три больших ампликона, определявших ранее неизвестные палиндромы, и, в конечном счете, сократили длину последовательности, устранив четыре основных пробела. Эти новые данные будут включены в эталонную последовательность человеческой X-хромосомы и смогут использоваться в научных целях.
Усовершенствованная в лаборатории модель, как и ожидалось, показало, что Х-хромосомы мышей и человека имеют почти 95% схожих генов. Почти все эти гены экспрессируются и у мужчин и у женщин. Поразительно то, что специалисты лаборатории определили около 340 генов, функции которых отличаются у человека и мыши. Большинство этих генов находятся в амплифицированных областях X, они возникли в ходе 80 миллионов лет самостоятельной эволюции мышей и людей. Анализ экспрессии генов показал, что эти гены активны исключительно в первичных половых клетках яичек, где они, вероятно, способствуют формированию сперматозоидов. Ученые считают необходимо проводить дальнейшее изучение этих областей X-хромосомы и их ассоциированных генов.
«Это набор генов, ускользнул от медицинских генетиков», — говорит Джейкоб Мюллер, исследователь в лаборатории Пейджа и первый автор статьи в Nature Genetics, — «Теперь, когда мы уверены в структуре и генах Х-хромосом, мы можем начать анализировать их биологическую роль». «Эти гены, вероятно, играют роль в развитии заболеваний, связанных с репродукцией, бесплодием, возможно, даже раком яичек, об этом будет написано в другом труде, который посвящен этому свойству Х-хромосомы», — добавил он. Работа выполнена при поддержке Национального института здоровья (гранты HG00257 и HD064753).
Источник: sciencedaily.com