Νέα εποχή στη γονιδιωματική έρευνα: Πλήρης αλληλούχιση του ανθρώπινου χρωμοσώματος Χ. Scientists achieve first complete assembly of human X chromosome

Επιστήμονες στο National Human Genome Research Institute (NHGRI), που υπάγεται στα NIH (National Institutes of Health) στις ΗΠΑ πραγματοποίησαν την πρώτη end-to-end αλληλούχιση DNA ενός ανθρώπινου χρωμοσώματος, όπως ανακοινώθηκε από τα ΝΙΗ- σηματοδοτώντας την έναρξη μιας νέας εποχής στη γονιδιωματική έρευνα. The first end-to-end (‘telomere-to-telomere’) completely gapless DNA sequence of a human chromosome is a major milestone for genomics research. A telomere is the end of a chromosome that protects the interior of a chromosome from damage during cell division. Image credit: Darryl Leja, NHGRI.

Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο Nature και υποδεικνύουν ότι η «base-by-base» αλληλούχιση ενός ανθρώπινου χρωμοσώματος είναι πλέον δυνατή- και θα επιτρέψει σε επιστήμονες να πραγματοποιήσουν μια ολοκληρωμένη αλληλούχιση του ανθρώπινου γονιδιώματος.

A team of U.S. and U.K. scientists has generated the end-to-end gapless DNA sequence of the human X chromosome. The X chromosome is the first human chromosome to be completely sequenced from end to end, with no gaps in the sequence and an unprecedented level of accuracy. (Illustration from Getty Images)

Οι άνθρωποι έχουν δύο σετ χρωμοσωμάτων- ένα από κάθε γονέα. Τα κορίτσια, πχ, κληρονομούν δύο χρωμοσώματα Χ, ένα από τη μητέρα και ένα από τον πατέρα. Ωστόσο αυτά τα δύο χρωμοσώματα δεν είναι όμοια, και θα περιέχουν πολλές διαφορές στις αλληλουχίες DNA τους.

Στο πλαίσιο της έρευνας, οι επιστήμονες δεν αλληλούχισαν το χρωμόσωμα Χ από ένα κανονικό ανθρώπινο κύτταρο. Αντ'αυτού, χρησιμοποίησαν έναν ειδικό τύπο κυττάρου- έναν που έχει δύο όμοια χρωμοσώματα Χ. Ένα τέτοιο κύτταρο παρέχει περισσότερο DNA για αλληλούχιση από έναν κύτταρο αρσενικού, που έχει μόνο ένα αντίγραφο χρωμοσώματος Χ. Επίσης, αποφεύγει τις διαφορές αλληλουχίας που συναντώνται όταν αναλύονται δύο χρωμοσώματα Χ ενός τυπικού κυττάρου θηλυκού.

Chromosome ideograms showing the whole-genome assembly of the human CHM13 genome, exceeding all prior human genome assemblies in terms of continuity, completeness, and accuracy. The X chromosome is enlarged on the right. Gapless contigs are illustrated as blue and orange bars next to the chromosome ideograms. (Credit: Miga et al., Nature 2020)

Οι συντελεστές της έρευνας και οι συνάδελφοί τους αξιοποίησαν νέες τεχνολογίες που μπορούν να αλληλουχίσουν μακρά τμήματα DNA. Αντί να προετοιμάζουν και να αναλύουν μικρά τμήματα DNA, χρησιμοποίησαν μια μέθοδο που αφήνει τα μόρια DNA σε μεγάλο βαθμό ακέραια. Αυτά τα μεγάλα μόρια DNA αναλύθηκαν στη συνέχεια από δύο διαφορετικά όργανα, το καθένα από τα οποία παράγει πολύ μεγάλες αλληλουχίες DNA- κάτι που δεν μπορούσε να γίνει με προηγούμενα όργανα.

Αφού τα ανέλυσαν με αυτόν τον τρόπο, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα νέο πρόγραμμα υπολογιστή για τη συναρμολόγηση των πολλών τμημάτων της αλληλουχίας που είχε παραχθεί.

Η όλη προσπάθεια εντάσσεται στο πλαίσιο μιας ευρύτερης πρωτοβουλίας από την κοινοπραξία Τ2Τ (Telomere-to-Telomere), που χρηματοδοτείται εν μέρει από το NHGRI. Η κοινοπραξία αποσκοπεί στην παραγωγή μιας πιο ολοκληρωμένης αλληλουχίας αναφοράς για το ανθρώπινο γονιδίωμα, και σε αυτό το πλαίσιο η Τ2Τ συνεχίζει τις προσπάθειες, με σκοπό την παραγωγή μιας πλήρους αλληλουχίας του ανθρώπινου γονιδιώματος το 2020.

Research scientist Karen Miga at the UCSC Genomics Institute led the telomere-to-telomere assembly of a complete human X chromosome.

Όπως σημειώνεται σε ανακοίνωση του UC Santa Cruz- ερευνήτρια του οποίου, η Κάρεν Μίγκα, ήταν lead author- αν και το υπάρχον ανθρώπινο γονιδίωμα αναφοράς είναι το πιο ακριβές και ολοκληρωμένο γονίδιο σπονδυλωτού που έχει παραχθεί ποτέ, υπάρχουν ακόμα κενά στην αλληλουχία DNA, ακόμα και μετά από δύο δεκαετίες βελτιώσεων. Επί της προκειμένης βρέθηκε η πλήρης αλληλουχία ενός ανθρώπινου χρωμοσώματος από τη μια άκρη ως την άλλη (“telomere to telomere”) χωρίς κενά και με άνευ προηγουμένου ακρίβεια.

Την κοινοπραξία Τ2Τ ίδρυσαν η Μίγκα και ο Άνταμ Φιλίπι, corresponding authors του νέου επιστημονικού άρθρου, με σκοπό τη «συναρμολόγηση» ενός πλήρους γονιδιώματος μετά από τη συνεργασία τους το 2018 με σκοπό την παραγωγή μιας ολοκληρωμένης αλληλούχισης ανθρώπινου γονιδιώματος.

Πηγές: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2547-7 - http://www.sci-news.com/genetics/human-x-chromosome-sequence-08640.html - https://news.ucsc.edu/2020/07/x-chromosome.html - https://www.naftemporiki.gr/story/1619360/nea-epoxi-sti-gonidiomatiki-ereuna-pliris-allilouxisi-tou-anthropinou-xromosomatos-x