인간 Y염색체의 염기서열이 처음으로 완전히 밝혀졌습니다.

일반적으로 남성의 특성을 부여하는 Y염색체는 반복적인 DNA가 많기 때문에 지금까지 완전한 염기서열을 정리하는 것이 어려웠습니다.

인간 게놈 프로젝트가 완료되었다고 선언된 지 20년 후, Y 염색체의 서열이 처음으로 완전히 밝혀졌습니다.

주사전자현미경으로 본 인간 X( 왼쪽 ) 와 Y 염색체

대부분의 사람들은 22쌍의 염색체와 2개의 성염색체( X 염색체 쌍 또는 X 염색체 1개와 Y 염색체 1개)를 가지고 있습니다. 항상 그런 것은 아니지만 일반적으로 Y가 있으면 배아에서 남성 특성이 발달하게 됩니다.

Y는 가장 작은 염색체 중 하나이며 단백질을 코딩하는 유전자가 가장 적습니다 . 일반적으로 유성생식 전에 조각을 교환할 수 있는 쌍을 이루는 염색체가 없기 때문에 특히 반복적인 DNA 조각이 축적될 가능성이 높습니다.

DNA 서열 분석의 모든 초기 방법에는 DNA를 작은 조각으로 나누고, 유전자 코드를 읽은 다음, 중복되는 부분을 찾아 조각을 재조립하는 것이 포함되었습니다. 이 기술은 많은 조각이 동일한 반복적인 DNA에는 작동하지 않습니다.

이 때문에 2003년에 발표된 '완성된' 인간 참조 게놈은 사실상 완전성과는 거리가 멀다. 코네티컷에 있는 잭슨 게놈 의학 연구소의 찰스 리(Charles Lee)는 “Y 염색체는 계속 밀려나고 있습니다.”라고 말했습니다 . "모든 반복적인 서열 때문에 완성하기 어려운 염색체입니다."

2021년이 되어서야 캘리포니아 대학교 산타크루즈 캠퍼스의 카렌 미가(Karen Miga) 를 포함한 팀이 마침내 거의 모든 공백을 메우고 다시 인간 게놈이 완성되었다고 선언했습니다 .

이것을 가능하게 한 것은 기술입니다.작은 구멍을 통과하는 단일 DNA 분자의 서열을 읽어서 수백 개가 아닌 수백만 개의 DNA 문자 길이의 조각을 생성하는 Oxford Nanopore라는 회사가 개발했습니다 .

그러나 Miga와 그녀의 동료들이 염기서열을 분석한 "완전한" 게놈은 22개의 정상 염색체와 X 염색체로 구성된 여성 게놈이었습니다. 이제서야 미가 팀은 유럽계 사람으로부터 Y 염색체도 완성했습니다.

"Y 염색체는 복잡한 구조로 가득 차 있으며 동일한 코드 블록이 사소한 변형으로 계속해서 반복되는 거대한 영역을 포함하고 있어 조립이 매우 어렵습니다."라고 Oxford Nanopore에 입사하기 전에 이 프로젝트에 참여한 Sergey Nurk는 말합니다. . "어떤 길이의 DNA 단편이라도 서열 분석하는 능력은 이 프로젝트에 절대적으로 중요한 역할을 했습니다."

이 완전한 Y 염색체에는 106개의 단백질 코딩 유전자가 있으며 이는 참조 게놈보다 41개 더 많습니다. 그러나 이러한 추가 유전자는 거의 모두 TSPY 라고 불리는 하나의 유전자의 복사본일 뿐입니다 .

동시에 Lee 팀은 아프리카 출신 21명을 포함하여 43명의 다양한 남성의 Y 염색체 서열을 분석했습니다. 팀은 독립적이었지만 협력을 했다고 Lee는 말합니다.

그러나 그의 팀의 Y 시퀀스 중 단 3개만이 간격이 없다고 그는 말합니다. 나머지는 여전히 1~5개의 간격이 있습니다.

43개의 Y 염색체는 상당한 다양성을 보인다고 Lee는 말합니다. 예를 들어 TSPY 유전자 의 복사본 수는 23~39개입니다.

Y의 반복적인 DNA가 중요한 역할을 하는지 여부는 여전히 불분명합니다. “반복적인 DNA에 대해 배워야 할 것이 많다고 생각하는데 우리는 아직 그것을 이해하지 못하기 때문에 여전히 그것을 쓰레기로 치부해 왔습니다.”라고 Lee는 말합니다.

그러나 대부분의 생물학자와 임상의는 반복적인 DNA에 거의 관심이 없다고 Y 염색체를 연구하는 매사추세츠 공과대학의 데이비드 페이지(David Page) 는 말합니다 . 또한 서열 분석에서는 유전자를 포함하는 Y의 "진색성" 부분에 대해 새로운 것이 거의 밝혀지지 않았다고 그는 말했습니다.

마이클 르 페이지, 2023년 8월 23일