Las secuencias completas del cromosoma Y ofrecen un vistazo a la estructura y variación repetidas

NUEVA YORK – Mientras un equipo de investigación presenta los hallazgos de una versión completa recién ensamblada del cromosoma Y rico en repeticiones, otro grupo ha comenzado a contar la variación estructural y genómica que existe en el cromosoma sexual de un individuo a otro.

Para el primero de los estudios, publicado en Nature el miércoles, los miembros del consorcio Telomere-to-Telomere (T2T) recurrieron a una combinación de lecturas largas HiFi de Pacific Biosciences, lecturas ultralargas Oxford Nanopore, lecturas cortas Illumina, Strand-seq, lecturas avanzadas. enfoques de ensamblaje, ensamblaje manual y métodos bioinformáticos para armar un ensamblaje del cromosoma Y sin espacios que abarque casi 62,5 millones de pares de bases.

"El cromosoma Y desempeña funciones críticas en el desarrollo sexual y la fertilidad, pero también es uno de los cromosomas del genoma más repetitivos y difíciles de secuenciar", explicó en el artículo el autor principal y correspondiente Adam Phillippy, investigador del NHGRI y líder del consorcio T2T. un correo electrónico. "Por esta razón, fue el último de los 24 cromosomas humanos en leerse por completo y, a menudo, se pasó por alto en estudios genómicos anteriores".

Cuando el equipo anotó la secuencia con la ayuda de datos de secuencias de isoformas de ARN en células de linfocitos B y células madre pluripotentes inducidas, junto con datos de expresión genética publicados que representan varios tipos de datos, encontró 30 millones de bases de secuencias y 41 genes codificadores de proteínas predichos no reportado en el pasado. En conjunto, los nuevos datos constituyeron más de la mitad de la secuencia total del diminuto cromosoma.

En el camino, los investigadores rastrearon circuitos reguladores y reordenamientos no apreciados en el cromosoma sexual, al tiempo que resaltaron alteraciones relacionadas con la infertilidad masculina y otras afecciones.

"El mapeo de estas regiones del genoma previamente desconocidas es sólo el primer paso en un largo viaje hacia la comprensión de cómo funciona", añadió, señalando que las secuencias del cromosoma Y recién completadas "serán de gran interés para los investigadores que estudian el desarrollo sexual, la fertilidad y la genealogía". , ciertos cánceres, la evolución, [etcétera], todos los cuales tienen conexiones fascinantes con la Y".

Tradicionalmente, el cromosoma Y ha sido difícil de secuenciar y ensamblar completamente, ya que contiene repeticiones desenfrenadas que van desde secuencias palindrómicas que leen lo mismo hacia atrás o hacia adelante hasta secuencias de ADN satélite altamente repetitivas que abarcan grandes tramos de secuencia no codificantes.

Aunque es más conocido por sus contribuciones al desarrollo masculino y la fertilidad, el cromosoma también ha sido implicado en otros rasgos y condiciones, mientras que estudios anteriores sugieren que el desarrollo sexual depende de contribuciones genéticas de otras partes del genoma.

El último trabajo complementa los esfuerzos anteriores de T2T para cerrar las brechas cromosómicas humanas utilizando datos generados para una mola hidatidiforme que carecía de un cromosoma Y (trabajo publicado en Science en 2022).

Entre los conocimientos ya obtenidos del cromosoma Y completo, los investigadores señalaron deleciones relacionadas con repeticiones palindrómicas que parecen coincidir con la azoospermia, una forma de infertilidad masculina caracterizada por una eyaculación sin espermatozoides.

"La región del factor de azoospermia en el cromosoma Y contiene un número inusual de estos palíndromos", dijo Phillippy, señalando que tales estructuras "típicamente son inestables, pero parece que la selección natural las favorece en los cromosomas sexuales".

El equipo también rastreó una "matriz de genes" multigénica para el gen TSPY relacionado con la producción de esperma, que estaba presente en alrededor de 10 a 40 copias en diferentes portadores del cromosoma Y, lo que podría ayudar a aumentar la expresión del gen durante el proceso de espermatogénesis.

La nueva secuencia de referencia del cromosoma Y señaló además una variación de persona a persona en la ubicación de un gen conocido como TSPY2, que apareció en una de dos ubicaciones distintas dependiendo del individuo perfilado debido al intercambio de secuencia entre regiones repetitivas en el cromosoma Y. .

En un artículo relacionado en Nature, los miembros del Consorcio de Variación Estructural del Genoma Humano recurrieron a la secuenciación de lectura larga, Strand-seq, el mapeo óptico de Bionano Genomics y otros enfoques para comparar secuencias del cromosoma Y de 43 individuos diversos, descubriendo una sobrerrepresentación de grandes inversiones y distintas tasas de mutación en secuencias específicas de hombres, entre otras variaciones recurrentes.

"Con estos nuevos estudios del cromosoma Y humano, nosotros (como comunidad científica) ahora finalmente tenemos la secuencia de referencia del genoma humano completo y podemos incorporar las variantes genéticas que encontramos en el cromosoma Y a... estudios de asociación", co-senior y correspondiente El autor Charles Lee, director y profesor del Laboratorio Jackson de Medicina Genómica, explicó en un correo electrónico y señaló que el trabajo encaja con el interés de larga data de su equipo en la variación genómica estructural.

Antes del estudio, añadió Lee, especuló que sería posible detectar una amplia gama de variantes genómicas estructurales analizando secuencias de muchos individuos no relacionados, una predicción que se hizo realidad en el nuevo estudio.

En particular, los investigadores pudieron identificar partes repetitivas o complejas del cromosoma Y que normalmente están marcadas por variación o conservación, explicó, mientras utilizaban los datos de la secuencia para rastrear aproximadamente 183.000 años de evolución humana.

"Mientras que tanto el GRCh38... como los ensamblajes T2T Y representan linajes Y europeos, la mitad de nuestros cromosomas Y constituyen linajes africanos e incluyen la mayoría de los linajes Y humanos más arraigados", escribieron los autores, y agregaron que el "nuevo conjunto de datos de ensamblaje de 43 Por lo tanto, los cromosomas Y proporcionan una visión más completa de la variación genética, a nivel de nucleótidos, a lo largo de más de 180.000 años de evolución del cromosoma Y humano".

En sitios que rodean un bloque de secuencia altamente heterocromático en la región cromosómica Yq12, por ejemplo, el equipo vio inversiones que involucraban las unidades repetidas DYZ1 y DYZ2 que tendían a tener proporciones uno a uno consistentes a pesar de tener una organización variable y compleja.

Tales hallazgos apuntan a una "importancia funcional aún desconocida para esta región cromosómica", sugirió Lee.

Asimismo, señaló que investigaciones anteriores que vinculan la pérdida del cromosoma Y con el riesgo, el pronóstico y la respuesta al tratamiento con inmunoterapia de punto de control del cáncer de vejiga sugieren la posibilidad de utilizar la secuencia de referencia completa del cromosoma Y y los datos de variación del cromosoma Y para centrarse en secuencias específicas que contribuyen a dichas características. .

"En última instancia, la capacidad de ensamblar eficazmente el cromosoma Y humano completo ha sido un hito muy esperado pero crucial hacia la comprensión del alcance total de la variación genética humana", explicaron los autores del estudio, "y también proporciona el punto de partida para asociar Y- secuencias cromosómicas a rasgos humanos específicos y estudiar más a fondo la evolución humana".