Kromosom Y manusia akhirnya telah diurutkan sepenuhnya, 20 tahun setelah rancangan pertama

Para ilmuwan akhirnya mengisi kekosongan dalam urutan kromosom Y manusia, 20 tahun setelah rancangan pertama kode DNA-nya dipublikasikan.

Lire égalementPerdana Menteri Israel mengajukan ide kabel serat optik untuk menghubungkan Asia dan Timur Tengah ke Eropa

Karya ini mengungkap katalog lengkap gen dalam kromosom seks pria – manusia terakhir kromosom untuk diurutkan sepenuhnya — dan bagaimana mereka diatur.

Temuan tersebut dipublikasikan Rabu (23 Agustus) di jurnal Alam, dapat mempermudah deteksi varian gen pada kromosom Y dan menghubungkannya dengan sifat tertentu, serta mengembangkan terapi yang dipersonalisasi untuk penyakit genetik spesifik jenis kelamin. Seorang teman kertas, juga diterbitkan di Nature, menggunakan perangkat lunak baru yang dibuat berdasarkan kemajuan ini untuk mengurutkan kromosom Y lebih dari 40 pria tambahan di seluruh dunia. Temuan menunjukkan bahwa kromosom Y berevolusi memiliki variasi yang luas dalam ukuran dan struktur antar individu.

A lire égalementKeuntungan besar bagi industri film Telugu di Penghargaan Film Nasional: AP CM

“Ini adalah karya luar biasa dan studi penting dalam bidang genetika,” Dianne Newbury, seorang profesor genetika medis dan genomik di Universitas Oxford Brookes yang tidak terlibat dalam penelitian ini, mengatakan kepada 45Secondes.fr melalui email. “Urutan unit ini [the Y chromosome] memberikan gambaran lengkap tentang keseluruhan genom manusia dan akan memulai banyak penelitian terhadap kromosom seks yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan.”

Terkait: ‘Hilangnya’ kromosom Y pada pria lanjut usia dapat memperburuk kanker kandung kemih, menurut penelitian pada tikus

Kromosom Y adalah salah satu dari dua kromosom, bersama dengan kromosom X, yang menentukan jenis kelamin biologis pada manusia. Wanita biasanya memiliki dua kromosom X, sedangkan pria biasanya memiliki satu dari setiap jenis.

Kromosom Y penting untuk perkembangan ciri-ciri seks pria; itu membawa wilayah penentu jenis kelamin Y Gen (SRY), yang mengkode protein yang mendorong perkembangan testis dan menghambat perkembangan organ kewanitaan seperti rahim dan saluran tuba. Itu sebagian diurutkan pada tahun 2003 sebagai bagian dari Proyek Genom Manusia, yang menghasilkan rancangan genom manusia pertama. Namun, kromosom Y memiliki struktur kompleks yang mengandung banyak rangkaian panjang dan berulang DNAdan hingga saat ini, kurang dari 50% urutannya diketahui.

“Saat kita menyatukan kembali suatu genom, kita tidak bisa mengurutkan keseluruhan kromosom dalam satu bagian; kita hanya bisa mengurutkan potongan-potongan kecil, lalu kita harus menyatukan semuanya kembali,” Adam Philippy, penulis utama salah satu studi baru dan peneliti senior di National Human Genome Research Institute, mengatakan kepada 45Secondes.fr. “Dan seperti merekonstruksi sebuah teka-teki, bagian berulang yang terlihat sama itulah yang selalu paling sulit, dan Anda menyimpannya untuk bagian akhir.”

Dengan menggunakan kombinasi pengurutan DNA mutakhir dan teknologi pembelajaran mesin, serta wawasan yang diperoleh dari pengurutan 23 kromosom manusia lainnya, tim Phillippy mampu merakit kromosom Y secara lengkap.

Mereka menemukan bahwa DNA mengandung 62.460.029 pasangan basa – pasangan “huruf” yang membentuk anak tangga DNA. Itu 30 juta lebih banyak dibandingkan genom referensi terkini, GRCh38, yang terus ditingkatkan selama 20 tahun terakhir. Tim mengoreksi kesalahan pada GRCh38 dan mengungkap struktur lengkap beberapa keluarga gen, seperti DAZ Dan RBMY, yang terlibat dalam produksi sperma. Mereka juga mengidentifikasi 41 gen pengkode protein baru dan memberikan wawasan tentang wilayah nonkode yang dikenal sebagai DNA satelit — yang tidak membawa cetak biru protein — serta rangkaian yang sering disalahartikan sebagai DNA bakteri di masa lalu.

Dengan menggunakan pembelajaran yang mereka peroleh dalam membangun genom baru yang disebut T2T-Y, tim kemudian mengembangkan perangkat lunak yang disebut Verkko yang dapat digunakan untuk merakit seluruh rangkaian kromosom tambahan secara efisien. Hal ini penting karena T2T-Y dibuat hanya dari satu kromosom Y donor, sehingga tidak memberikan gambaran lengkap tentang perbedaannya pada setiap orang.

Dalam studi terpisah, para ilmuwan menggunakan Verkko untuk merakit sepenuhnya kromosom Y dari 43 pria dari populasi di Afrika, Amerika, Asia dan Eropa yang menyumbangkan sampel DNA ke organisasi tersebut. Proyek 1000 Genom — sebuah proyek internasional untuk membuat katalog variasi genetik manusia. Urutan ini mencerminkan tingkat keragaman modern dalam kromosom Y, dengan 43 kromosom dan T2T-Y berbagi nenek moyang yang sama sekitar 183.000 tahun yang lalu. Panjang rangkaiannya berkisar antara 45,2 juta hingga 84,9 juta pasangan basa, dan jika digabungkan, mereka menunjukkan bahwa kromosom Y telah mengalami diversifikasi substansial dalam ukuran dan strukturnya selama ini.

Secara khusus, tim menemukan variasi yang “mengejutkan” di daerah berulang pada kromosom, Charles Lee, penulis senior studi pendamping dan direktur ilmiah serta profesor di Jackson Laboratory for Genomic Medicine, mengatakan kepada 45Secondes.fr melalui email. Dia menjelaskan bahwa kromosom Y mengandung blok DNA nonkode terkondensasi terbesar – yang dikenal sebagai heterokromatin – di seluruh genom manusia. Wilayah ini sebagian besar terdiri dari dua rangkaian DNA berulang, yang disusun secara berbeda di antara peserta penelitian tetapi selalu muncul dalam rasio 1 banding 1 yang sama, dalam hal berapa kali mereka ditemukan dalam kromosom.

“Bagi saya, hal ini menunjukkan adanya signifikansi fungsional yang belum diketahui pada wilayah kromosom ini,” kata Lee. Memang benar, para ilmuwan tidak lagi menganggap heterokromatin sebagai DNA “sampah”, karena penelitian terbaru menunjukkan bahwa heterokromatin dapat memainkan peran penting dalam sel, dan bahkan mungkin berkontribusi pada evolusi DNA. otak manusia.

Dalam makalah mereka, Phillippy dan timnya menulis bahwa genom referensi yang ada perlu diperbarui dan label yang sesuai harus diberikan pada setiap wilayah kromosom Y yang baru diidentifikasi. Tim Lee berharap untuk mempelajari lebih lanjut tentang dampak fungsional variasi struktural dalam kromosom Y terhadap kesehatan dan penyakit, dan kemungkinan kaitannya dengan evolusi manusia, katanya.

Kerstin Howe, kepala produksi genomik di Wellcome Sanger Institute yang tidak terlibat dalam penelitian ini, menegaskan kembali pentingnya kemajuan ini. “Merakit rangkaian lengkap 43 kromosom Y melintasi ruang dan waktu tidak hanya membantu kita menyelidiki evolusi kromosom seks tetapi juga evolusi manusia secara lebih umum,” katanya kepada 45Secondes.fr melalui email.

Mengenai pengembangan terapi baru untuk mengobati penyakit yang mungkin terkait dengan kromosom Y, Phillippy mengatakan: “Masih ada jalan panjang dari memiliki genom hingga mengembangkan, menyetujui, dan meluncurkan beberapa jenis terapi.” Meski begitu, dia optimis.

“Ini seperti cetak biru yang sedang kami lihat, dan jika ada lubang yang lengkap di dalamnya, Anda mungkin tidak tahu harus mulai dari mana,” katanya. “Tetapi dengan mengisinya, kita mempunyai gambaran yang lengkap.”