Die Sequenzierung des menschlichen Y-Chromosoms, eines der beiden Geschlechtschromosomen, war aufgrund der Komplexität seiner Struktur jahrelang eine Herausforderung. Nun ist es einem Team von mehr als 100 Wissenschaftlern gelungen, es zu entschlüsseln – ein wichtiger Schritt zum Verständnis seiner tatsächlichen Rolle bei Entwicklung, Fruchtbarkeit und Krebs.
Die vollständige Sequenzierung des Chromosoms, das mit der männlichen Entwicklung zusammenhängt, war das letzte fehlende Stück in der Karte des menschlichen Genoms, und seine Einzelheiten werden in zwei Artikeln in der Zeitschrift Nature vorgestellt.
Hinter dieser Leistung steht das T2T-Konsortium (Telomere to Telomere), dasselbe Konsortium, das 2022 die erste vollständige Sequenz des menschlichen Genoms in sechs Artikeln in der Zeitschrift Science und einem Dutzend ergänzender Artikel in anderen Zeitschriften veröffentlichte.
Diese fast fertige Karte – der noch das endgültige „Foto“ des Y-Chromosoms fehlte – war der Höhepunkt des Meilensteins, der zwei Jahrzehnte zuvor erreicht wurde, als fast 92 % des menschlichen Genoms kartiert wurden, was bereits eine Revolution in Biologie und Medizin darstellte. Im Jahr 2022 wurden die Daten der verbleibenden 8 % bereitgestellt, die verborgene Regionen enthüllen, die für das Verständnis genetischer Krankheiten, der Fortpflanzung oder der menschlichen Vielfalt wichtig sind. Mit den am Mittwoch in Nature veröffentlichten Arbeiten schließt sich der Kreis. Das Y-Chromosom ist nun vollständig sequenziert und „vervollständigt damit endlich den kompletten Satz menschlicher Chromosomen“, heißt es in einer Erklärung des National Human Genome Research Institute (NHGRI), das die Forschung leitet.
Das Y-Chromosom ist zusammen mit dem X-Chromosom wegen seiner Rolle bei der sexuellen Entwicklung oft umstritten. Obwohl diese Chromosomen eine zentrale Rolle spielen, sind die Faktoren, die an der menschlichen Sexualentwicklung beteiligt sind, über das gesamte Genom verteilt und sehr komplex, was zu der Vielfalt der menschlichen Geschlechtsmerkmale führt, die bei männlichen, weiblichen und intersexuellen Individuen zu finden sind, so das NHGRI und die Johns Hopkins University. Diese Kategorien seien nicht gleichbedeutend mit dem Geschlecht, sagen die Institutionen und fügen hinzu, dass neuere Arbeiten zeigen, dass Gene auf dem Y-Chromosom zu anderen Aspekten der menschlichen Biologie beitragen, wie z.B. zum Krebsrisiko und zur Schwere der Erkrankung. Das Y-Chromosom war aufgrund seiner sich wiederholenden molekularen Muster besonders schwer zu entschlüsseln; das Zusammenstellen seiner Sequenzierungsdaten gleicht dem Versuch, ein langes, in Streifen geschnittenes Buch zu lesen. Neue Sequenzierungstechnologien und bioinformatische Algorithmen ermöglichten es den Forschern, diese DNA-Sequenzen zu entschlüsseln.
Die neuen Daten füllen Lücken in mehr als 50 % dieses Chromosoms und decken wichtige genomische Merkmale auf, die sich beispielsweise auf die Fruchtbarkeit auswirken, wie etwa Faktoren, die an der Spermienproduktion beteiligt sind.
Wenn Wissenschaftler und Ärzte das Genom einer Person untersuchen, vergleichen sie deren DNA mit der einer Standardreferenz, um festzustellen, wo es Abweichungen gibt, so die University of California. Bisher enthielt der Y-Chromosom-Teil des Genoms „große Lücken“, die es schwierig machten, Variationen und damit verbundene Krankheiten zu verstehen.
„Wenn man Variationen findet, die noch nie zuvor gesehen wurden, hofft man immer, dass diese genomischen Varianten für das Verständnis der menschlichen Gesundheit wichtig sind“, sagt Adam Phillippy, Konsortialführer und NHGRI-Forscher. Für den Forscher können medizinisch relevante genomische Varianten dazu beitragen, in Zukunft bessere Diagnosen zu entwickeln.
Das Genom ist die vollständige Gebrauchsanweisung eines Organismus, ein Buch, das in Kombinationen von nur vier chemischen Einheiten geschrieben ist, die mit den Buchstaben A, T, C und G (Adenin, Thymin, Cytosin und Guanin) bezeichnet werden; diese werden Nukleotidbasen genannt. Beim Menschen enthält diese Gebrauchsanweisung etwa 3 Milliarden Basenpaare (oder Buchstaben), die sich in den 23 Chromosomenpaaren im Zellkern aller Zellen befinden. Sequenzierung bedeutet, ihre genaue Reihenfolge in einem DNA-Abschnitt zu bestimmen.
Die endgültige Sequenzierung des Y-Chromosoms fügt der menschlichen Genomreferenz 30 Millionen neue Basen hinzu, fassen die Verantwortlichen zusammen. Diese Basen enthüllen die Existenz von 41 weiteren Genen, die Proteine aktivieren, und liefern entscheidende Informationen für diejenigen, die sich mit Fragen der Fortpflanzung oder der Evolution befassen.
Die vollständige Karte des männlichen Geschlechtschromosoms wird in einem der Nature-Artikel veröffentlicht. Der andere berichtet über die Sequenzierung von 43 verschiedenen menschlichen Y-Chromosomen, die 21 verschiedene Populationen repräsentieren. Die Zusammenstellungen bieten einen detaillierteren Einblick in die genetische Variation über 183.000 Jahre menschlicher Evolution und offenbaren neue DNA-Sequenzen, Signaturen konservierter Regionen und Einblicke in die molekularen Mechanismen, die zur komplexen Struktur des Y-Chromosoms beigetragen haben.
Quelle: Agenturen
