Аннотация:
Некоторые генетические изменения в человеческой сперме могут произойти раньше, чем считала наука, предполагает новое исследование. Некоторые процессы рекомбинации ДНК, определяющие генетическое разнообразие потомства, не все происходят на стадии мейоза, необходимой для производства сперматозоидов, но могут начаться раньше во время развития клеток.
Это исследование, опубликованное в журнале Nature, было проведено совместно Институтом Сэнгера в Великобритании, Кембриджским университетом и рядом сотрудничающих учреждений. Исследование было сосредоточено на генетическом феномене, известном как «конверсия необменных генов». В этом процессе одна хромосома копирует небольшую последовательность ДНК своего аналога, изменяя версию генетики, хранящуюся в определенном месте.
Каждый ребенок наследует набор хромосом от своих родителей, но эта генетическая информация не просто копируется и не передается непосредственно следующему поколению. При формировании сперматозоида и яйцеклетки генетический материал подвергается сложной рекомбинации, в результате чего потомство получает уникальную комбинацию генов.
Научное сообщество в целом считает, что эти рекомбинации происходят главным образом во время мейоза. Традиционная точка зрения состоит в том, что два основных механизма генетической рекомбинации, включая «кроссовер», который включает крупномасштабный двунаправленный обмен сегментами хромосом, и «безобменную конверсию генов», которая копирует короткие сегменты ДНК, являются частью процесса мейоза.
Однако новое исследование опровергает эту давнюю точку зрения.
Исследователи отметили, что перед вступлением в мейоз клетки-предшественники, которые образуют сперму, на самом деле претерпевают несколько циклов обычного клеточного деления, то есть митоза. Эти клетки постоянно обновляются на протяжении всей жизни мужчины, обеспечивая непрерывное производство спермы.
Чтобы определить, могут ли некоторые события генной конверсии произойти на этой ранней стадии, команда проанализировала 15 образцов спермы от 13 доноров-мужчин в возрасте от 24 до 74 лет.
С помощью высокоточной технологии секвенирования ДНК с длинным считыванием исследователи могут напрямую наблюдать информацию о длинных фрагментах в отдельных молекулах ДНК, тем самым обнаруживая множество крошечных событий рекомбинации, которые трудно обнаружить с помощью традиционных методов секвенирования.
Результаты анализа показали, что исследовательская группа выявила в общей сложности 7143 события кроссинговера и 2382 события необменной конверсии генов в ДНК сперматозоидов.
Затем исследователи сравнили эти результаты с образцами ДНК крови и данными предыдущих опубликованных исследований. Результаты показали, что значительная часть необменных конверсий генов не имела типичных для мейоза характеристик, а скорее напоминала результат репарации ДНК, образовавшейся до вступления в мейоз.
Дальнейший анализ показал, что эти события были слабо связаны с горячими точками разрывов ДНК, которые обычно происходят во время мейоза, и не имели многих генетических признаков, которые ожидали исследователи. Вместо этого они чаще появляются в хрупких участках генома, склонных к повреждениям и разрывам ДНК.
Исследовательская группа также обнаружила, что подобные закономерности существуют не только в образцах спермы, но и соответствующие сигналы можно наблюдать и в ДНК крови. Клетки крови не подвергаются мейозу, поэтому этот результат еще раз подтверждает идею о том, что некоторая конверсия генов может быть результатом активности репарации ДНК во время обычного клеточного деления.
Исследователи полагают, что это означает, что генетическая рекомбинация в мужских половых клетках может происходить в два этапа. Первая фаза происходит во время ежедневного деления клеток-предшественников сперматозоидов, а вторая фаза происходит во время мейоза в традиционном понимании.
Кроме того, исследования выявили существенные различия между людьми. Даже однояйцевые близнецы с очень идентичным генетическим фоном не имеют одинакового паттерна частичной конверсии генов в своей сперме. Это говорит о том, что такие генетические изменения не полностью детерминируются генетическими факторами, а находятся под влиянием независимых биологических событий в течение жизни человека.
Ученые заявили, что это открытие не только меняет представление о механизме образования сперматозоидов, но и открывает новую перспективу для изучения генетических заболеваний, мужской фертильности и долгосрочной эволюции генома.
Исследовательская группа полагает, что дальнейший анализ этих ранних процессов репарации и рекомбинации ДНК в будущем может помочь объяснить происхождение определенных генетических вариаций и то, почему риск некоторых заболеваний претерпевает сложные изменения в семейной наследственности.
Благодаря постоянному развитию технологий секвенирования ученые постепенно открывают, что процесс формирования генетического разнообразия человека гораздо сложнее, чем предполагалось ранее. Это исследование показывает, что некоторые важные изменения, определяющие генетические различия потомства, могли произойти незаметно за много лет до того, как сперма вступит в финальную стадию созревания.
Комментарии