הרצף המלא של כרומוזום Y האנושי הורכב לראשונה

מדענים הצליחו לרצף את כל כרומוזום Y האנושי, וחשפו מאפיינים גנומיים קריטיים. המחקר פורץ הדרך הזה מציע תובנות עמוקות לביולוגיה האנושית וקידום רפואה פוטנציאלי. הרצף החדש חושף גורמים גנומיים בפוריות, כולל ייצור תאי זרע.

צוות מחקר בינלאומי הצליח לייצר את הרצף השלם הראשון של כרומוזום Y אנושי, הכרומוזום האנושי האחרון מתוך 24 הכרומוזומים האנושיים, שירוצף במלואו. הרצף החדש, שממלא פערים על פני יותר מ-50% מאורך הכרומוזום Y, חושף מאפיינים גנומיים חשובים עם השלכות על פוריות, כגון גורמים בייצור תאי זרע. המחקר, בהובלת קונסורציום טלומר-לטלומר (T2T), צוות חוקרים הממומן על-ידי המכון הלאומי למחקר גנום האדם (NHGRI), חלק מהמכונים הלאומיים לבריאות, פורסם השבוע (23 באוגוסט) בכתב העת Nature.

התפקידים המורכבים של כרומוזום Y

כרומוזום Y, יחד עם כרומוזום X, נידונים לעיתים קרובות על תפקידם בהתפתחות המין. בעוד כרומוזומים אלה ממלאים תפקיד מרכזי, הגורמים המעורבים בהתפתחות המין האנושי מפוזרים ברחבי הגנום ומורכבים מאוד, מה שיוצר מגוון של מאפייני מין אנושיים הנמצאים בקרב פרטים זכרים, נקבות ואינטרסקס. קטגוריות אלה אינן שקולות למגדר, שהוא קטגוריה חברתית. בנוסף, עבודות עדכניות מראות כי גנים על כרומוזום Y תורמים להיבטים אחרים של הביולוגיה האנושית, כמו סיכון לסרטן וחומרתו.

אתגרים בריצוף כרומוזום Y

כאשר החוקרים השלימו את רצף הגנום האנושי הראשון לפני 20 שנה, נותרו פערים ברצפים של כל 24 הכרומוזומים. עם זאת, בניגוד לפערים הקטנים הפזורים בשאר רצף הגנום – יותר ממחצית רצף כרומוזום Y נותר תעלומה. קונסורציום T2T מילא את הפערים הללו בגנום של כרומוזום Y בשנה שעברה.

לכל הכרומוזומים יש אזורים חוזרים מסוימים, אבל כרומוזום Y חוזר באופן יוצא דופן, מה שהופך את רצפו לקשה במיוחד להשלמה. הרכבת רצפים היא כמו ניסיון לקרוא ספר ארוך שחתוך לרצועות. אם כל השורות בספר ייחודיות, קל יותר לקבוע את הסדר שבו השורות נכנסות. עם זאת, אם אותה משפט חוזר אלפי או מיליוני פעמים, הסדר המקורי של הרצועות פחות ברור. בעוד שלכל הכרומוזומים האנושיים יש חזרות, כ-30 מיליון אותיות של כרומוזום Y הן רצפים חוזרים. זה כאילו אותם משפטים ספורים חוזרים על עצמם לאורך מחצית אורכו של הספר.

טכניקות חדשניות מובילות להצלחה

כדי להתמודד עם החלקים החוזרים ביותר של הגנום האנושי, קונסורציום T2T יישם טכנולוגיות ריצוף DNA חדשות ושיטות הרכבת רצף, וכן ידע שנרכש מיצירת הרצפים הרציפים הראשונים עבור 23 הכרומוזומים האנושיים האחרים.

“ההפתעה הגדולה ביותר הייתה עד כמה החזרות מאורגנות”, אמר אדם פיליפי, ד”ר, חוקר בכיר ב-NHGRI וראש הקונסורציום. “לא ידענו בדיוק מה מהווה את הרצף החסר. זה יכול היה להיות מאוד כאוטי, אבל במקום זאת, כמעט מחצית מהכרומוזום עשוי מבלוקים חוזרים לסירוגין של שני רצפים  ספציפיים הידועים בתור DNA לווייני (DNA  לא-מקודד הבנוי מקטעים ארוכים המכילים רצפים קצרים של נוקלאוטידים, רצפים החוזרים על עצמם פעמים רבות) . זה יוצר תבנית יפהפייה דמוית שמיכת ריבועים”.

רלוונטיות רפואית ומחקר עתידי

הרצף השלם של כרומוזום Y חושף גם מאפיינים חשובים של אזורים בעלי רלוונטיות רפואית. אזור כזה של כרומוזום Y נקרא אזור גורם אַזוֹאֹסְפֶּרְמִיָה, מקטע DNA המכיל מספר גנים הידועים כמעורבים בייצור תאי זרע. עם הרצף השלם שהושג לאחרונה, החוקרים למדו על המבנה של חזרות הפוכות או “פלינדרומים” באזור גורם אַזוֹאֹסְפֶּרְמִיָה.

“מבנה זה חשוב מאוד מכיוון שלפעמים פלינדרומים אלה יכולים ליצור לולאות של DNA”, אמר ארנג רי, ד”ר, מדען צוות NHGRI ומחבר ראשון של הפרסום ב-Nature. “לפעמים, לולאות אלה בטעות נחתכות ויוצרות מחיקות בגנום”.

ידוע כי מחיקות באזור גורם אַזוֹאֹסְפֶּרְמִיָה מפריעות לייצור תאי זרע, ולכן פלינדרומים אלה יכולים להשפיע על פריון. עם רצף שלם של כרומוזום Y, חוקרים יכולים כעת לנתח מחיקות אלה ואת השפעותיהן על ייצור תאי זרע בצורה מדויקת יותר.

אזורים אחרים עם פוטנציאל רלוונטיות רפואית מכילים גנים החוזרים על עצמם. לרוב הגנים בגנום האנושי יש שתי העתקות, אחת מורשת מכל הורה. עם זאת, לחלק מהגנים יש העתקות רבות החוזרות לאורך קטע DNA, המכונה לפעמים “מערך גנים”.

החוקרים התמקדו ב-TSPY, גן נוסף שנחשב מעורב בייצור תאי זרע. העתקים של TSPY מאורגנים במערך הגנים השני בגודלו בגנום האנושי. כמו באזורים חוזרים אחרים, גנים חוזרים הם אתגר לניתוח, כך שבעוד שידוע כי TSPY קיים כהעתקים חוזרים רבים, הרצף הספציפי של DNA והארגון של מערך זה היו בעבר לא ידועים. כאשר החוקרים ניתחו אזור זה, הם מצאו כי לאנשים שונים יש בין 10 ל-40 העתקים של TSPY.

“כאשר אתה מוצא שונות שלא ראית קודם, התקווה היא תמיד שוואריאנטים גנומיים אלה יהיו חשובים להבנת בריאות האדם”, אמר ד”ר פיליפי. “ואריאנטים גנומיים בעלי רלוונטיות רפואית יכולים לעזור לנו לתת אבחון רפואי טוב יותר בעתיד”.

למאמר המדעי

עוד בנושא באתר הידען:

• חוקרים מאוניברסיטת בן-גוריון גילו חתימה אבולוציונית ייחודית בגנים של אוטיזם
• לכרומוזומים של הנשים יש את פקטור X
• ווטסון רשם שיא בניתוח ההרכב הגנטי של חולי סרטן
• גילויים חדשים על מנגנון התיקון של כרומוזום Y
• חוקרים מאוניברסיטת תל אביב מיפו בגנום גורמי סיכון למחלת העיניים המורכבת AMD</trong>