Cromosoma Y-Immagine 3D rendering of human Y chromosome. Credit: The Scientist-
La mappatura dell’intricato cromosoma Y apre nuove strade alla ricerca genetica.
Per anni gli scienziati hanno lavorato duramente per decifrare la sequenza del cromosoma Y, il cromosoma sessuale maschile. Tuttavia, la sua struttura complessa pone enormi sfide. Ma tutti i loro sforzi sono stati ora ripagati: la sequenza completa dell’inafferrabile cromosoma Y è stata finalmente mappata.
Questa pietra miliare non solo completa lo spettro dei cromosomi umani, ma introduce anche una ricchezza di nuove informazioni nel riferimento del genoma umano. Questa aggiunta cruciale, proveniente principalmente dalle intricate regioni del DNA satellite, comprende l’incredibile cifra di 30 milioni di basi. La nuova analisi colma le lacune critiche che coprono oltre la metà della lunghezza del cromosoma Y.
Tra le nuove scoperte ci sono 41 nuovissimi geni codificanti proteine che probabilmente porteranno a una nuova comprensione della riproduzione, dell’evoluzione e delle dinamiche delle popolazioni umane, ma anche delle malattie genetiche come il cancro.
“Ora che abbiamo questa sequenza completa al 100% del cromosoma Y, possiamo identificare ed esplorare numerose variazioni genetiche che potrebbero avere un impatto sui tratti umani e sulle malattie in un modo che prima non eravamo in grado di fare“, ha affermato il co-primo autore dello studio Dylan Taylor, genetista della Johns Hopkins e candidato al dottorato.
Decodifica del cromosoma Y
Il cromosoma Y, insieme alla sua controparte, il cromosoma X, è ampiamente riconosciuto per il suo ruolo nello sviluppo sessuale. Sebbene questi cromosomi contribuiscano in modo significativo alla diversità delle caratteristiche sessuali umane, è importante notare che lo sviluppo sessuale umano comporta un’intricata interazione attraverso l’intero genoma.
Questa intricata danza genetica tra i vari cromosomi dà origine alla vasta gamma di caratteristiche osservate tra gli individui, indipendentemente dal sesso. Ricerche recenti suggeriscono che il cromosoma Y contribuisce ad altre aree della biologia umana oltre allo sviluppo sessuale, compresi il rischio e la gravità del cancro.
L’enorme compito di sequenziare il cromosoma sessuale maschile è stato guidato dal consorzio Telomere-to-Telomere (T2T) , che coinvolge più di 100 scienziati internazionali. Lo stesso consorzio è stato responsabile della scoperta della sequenza completa del genoma umano nel 2022. Quel lavoro precedente si concentrava su due cromosomi X, ma oltre il 50% della sequenza del cromosoma Y rimaneva enigmatica.
Il cromosoma Y è sempre stato un osso duro da decifrare. È noto per i suoi modelli molecolari sfuggenti e ripetitivi, organizzati in palindromi – sequenze che leggono la stessa cosa in avanti e all’indietro – che si estendono anche per più di un milione di paia di basi.
Immagina di provare a leggere un libro tagliato a strisce. Se ogni striscia contiene informazioni univoche, è più facile sistemarle e incollarle in pagine leggibili in una sequenza che abbia senso. Tuttavia, quando la stessa frase ricorre innumerevoli volte, l’ordine originario diventa sfuggente. Questo pezzo di contenuto era a pagina 3 o 57? Non esiste un modo semplice per dirlo. Circa 30 milioni di lettere (basi) del cromosoma Y sono costituite da sequenze ripetitive, simili a trovare le stesse poche frasi ripetute per metà della lunghezza del libro.
Decifrare il codice ripetitivo
Per svelare i misteri di questi tratti ripetitivi, il Consorzio T2T ha sfruttato tecnologie di sequenziamento del DNA all’avanguardia, metodi di assemblaggio innovativi e intuizioni raccolte dal sequenziamento degli altri 23 cromosomi umani senza lacune.
Il Dottor Adam Phillippy, ricercatore senior presso NHGRI e leader del consorzio, ha osservato che “la sorpresa più grande è stata il modo in cui sono organizzate le ripetizioni. Non sapevamo cosa costituisse esattamente la sequenza mancante. Avrebbe potuto essere molto caotico, invece quasi la metà del cromosoma è costituito da blocchi alternati di due specifiche sequenze ripetute note come DNA satellite. Questa organizzazione crea un bellissimo motivo simile a una trapunta.
Questa sequenza del cromosoma Y, ora completa, fa luce su numerosi geni che potrebbero essere presi di mira dalla terapia. Ad esempio, la regione del fattore azoospermia ospita geni legati alla produzione di sperma. I ricercatori hanno approfondito la struttura dei “palindromi” in questa regione: ripetizioni invertite che occasionalmente formano anelli di DNA. Tali circuiti possono inavvertitamente portare a delezioni nel genoma, interrompendo la produzione di sperma e influenzando potenzialmente la fertilità. Con la sequenza completa del cromosoma Y, gli scienziati possono analizzare meticolosamente queste delezioni e le loro ripercussioni sulla produzione di sperma. Nel processo, potrebbe esserci un modo per invertire questa anomalia.
Lo studio T2T ha anche trovato geni ripetitivi. Questi geni, contrariamente alla consueta struttura a due copie, sono organizzati in array lungo tratti di DNA. TSPY, un gene implicato nella produzione di sperma, è stato scoperto nella sequenza del cromosoma Y. L’analisi ha rivelato che diversi individui portavano tra le 10 e le 40 copie di TSPY.
“Quando trovi una variazione mai vista prima, la speranza è sempre che quelle varianti genomiche siano importanti per comprendere la salute umana”, ha affermato il Dottor Phillippy. “Le varianti genomiche rilevanti dal punto di vista medico possono aiutarci a progettare una migliore diagnostica in futuro”.
Inoltre, questo risultato contribuisce in modo significativo alla comprensione dell’evoluzione della popolazione umana. A differenza di altri cromosomi, il cromosoma Y viene tramandato con poca ricombinazione, consentendo ai ricercatori di tracciare i cambiamenti genetici attraverso le generazioni.
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Parallelamente alla ricerca lo studio T2T, il Consorzio per la variazione strutturale del genoma umano, ha pubblicato le sequenze di 43 distinti cromosomi Y umani. Questi progressi, uniti alla sequenza completa del genoma umano e al “pangenoma” recentemente rilasciato, segnalano un’era di opportunità senza precedenti per svelare le complessità della biologia umana.
I risultati rivoluzionari di questa ricerca sono apparsi sulla rivista Nature.
Fonte:Nature
