Die vollständige Chromosom 8-Sequenz zeigt neue Gene und Krankheitsrisiken

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BILD: Glennis Logsdon, Sequenzierungsforscher für menschliches Chromosom 8, bei der Arbeit in einem genomwissenschaftlichen Labor an der Medizinischen Fakultät der Universität von Washington in Seattle. Sie leitete eine Studie, die im April veröffentlicht wurde Mehr

Bildnachweis: Kendra Hoekzema

Die vollständige Assemblierung des menschlichen Chromosoms 8 wird diese Woche in berichtet Natur. Während dieses Chromosom von außen typisch aussieht, weder kurz noch lang oder charakteristisch ist, sind sein DNA-Gehalt und seine Anordnung für die Evolution von Primaten und Menschen, für verschiedene Immun- und Entwicklungsstörungen sowie für die Struktur und Funktion der Chromosomensequenzierung im Allgemeinen von Interesse.

Diese lineare Anordnung ist eine Premiere für ein menschliches Autosom – ein Chromosom, das nicht an der Geschlechtsbestimmung beteiligt ist. Die gesamte Sequenz von Chromosom 8 beträgt 146.259.671 Basen. Die fertige Assemblierung füllt die Lücke von mehr als 3 Millionen Basen, die im aktuellen Referenzgenom fehlen.

Das Natur Das Papier trägt den Titel „Struktur, Funktion und Entwicklung eines vollständigen Chromosoms 8.“

Eine von mehreren faszinierenden Eigenschaften von Chromosom 8 ist eine sich schnell entwickelnde Region, in der die Mutationsrate im Gegensatz zum Rest des menschlichen Genoms bei Menschen und menschenähnlichen Spezies stark beschleunigt zu sein scheint.

Während Chromosom 8 einige Einblicke in die Evolution und die Biologie des Menschen bietet, weisen die Forscher darauf hin, dass die vollständige Zusammenstellung aller menschlichen Chromosomen notwendig wäre, um ein vollständigeres Bild zu erhalten.

Ein internationales Wissenschaftlerteam arbeitete an der Zusammenstellung und Analyse von Chromosom 8 mit. Der Hauptautor des Papiers ist Glennis Logsdon, ein Postdoktorand in Genomwissenschaften an der Medizinischen Fakultät der Universität von Washington in Seattle.

Der leitende Autor ist Evan Eichler, Professor für Genomwissenschaften an der UW School of Medicine und Forscher am Howard Hughes Medical Institute. Seine Gruppe ist bekannt dafür, bessere Methoden zur Sequenzierung von DNA und zur Analyse von Mutationstrends zu entwickeln, die für die Erforschung der Evolution von Primaten und neurologischer Störungen wichtig sein können.

Zusätzlich zur menschlichen Chromosom 8-Anordnung erstellten die Projektforscher auch hochwertige Entwurfsanordnungen der Verbindungsstelle an der Taille des Chromosoms, des Zentromers, bei Schimpansen, Orang-Utans und Makaken. Die Daten ermöglichten es den Wissenschaftlern, die Evolutionsgeschichte des Chromosom-8-Zentromers aufzuzeichnen.

Fast wie bei der Untersuchung der Tiefen einer geologischen Stätte beobachteten die Forscher auf molekularer Ebene eine geschichtete, gespiegelte Symmetrie, wie sich diese Zentromerstruktur aus Vorfahren von Menschenaffen entwickelte. Ältere Teile wurden an die Peripherie geschoben, ähnlich wie mitten in einer Fabrikproduktionslinie Platz für neues Material geschaffen wurde.

Weitere am Chromosom 8-Assemblierungsprojekt beteiligte Forschungseinrichtungen sind die Abteilung für Entwicklungstherapeutika des Nationalen Krebsinstituts, die Abteilung für Genominformatik des Nationalen Instituts für Humangenomforschung der Universität Bari, Italien; das Zentrum für Algorithmische Biologie an der St. Petersburg State University, Russland; Universität von Kalifornien, San Diego, Washington Universität in St. Louis, Universität von Pittsburgh und Universität von Kalifornien, Santa Cruz. Daten wurden auch mit der Langlesesequenzierung von Oxford Nanopore Technologies und Pacific Biosciences generiert, um Lücken in der Telomer-zu-Telomer- oder End-zu-End-Anordnung des Chromosoms zu schließen.

Frühere Forschungen einer Reihe von Wissenschaftlern hatten gezeigt, dass Regionen von Chromosom 8 sowohl für die normale Bildung des Gehirns als auch für einige Entwicklungsschwankungen wie kleine Kopfgrößen oder Schädel- und Gesichtsunterschiede wichtig sind. Mutationen auf diesem Chromosom wurden auch mit einigen Herzfehlern, bestimmten Formen von Krebs, vorzeitigen Alterungssyndromen, Immunantworten und Immunerkrankungen wie Psoriasis und Morbus Crohn in Verbindung gebracht.

Die vollständige Sequenzierung dieses und der meisten anderen menschlichen Chromosomen konnte jedoch bis vor kurzem nicht versucht werden, da die Technologie und die Methoden zum Durchwaten großer Bereiche der Vervielfältigung und identischer Wiederholungen nicht verfügbar waren. Es wäre beispielsweise äußerst schwierig gewesen, das Puzzle aus kurzen DNA-Lesevorgängen genau zusammenzusetzen.

Die Errungenschaft beim Zusammenbau von Chromosom 8 profitierte von Fortschritten bei Technologien mit langer Lesbarkeit sowie von der Verfügbarkeit von DNA-Material aus hydatidiformen Molen. Dies sind seltene, abnormale Wucherungen in der Plazenta.

Die vollständige Sequenzierung von Chromosom 8 liefert nun Informationen, die beispielsweise das Verständnis verbessern könnten, was bestimmte Teile der Chromosomen-DNA für Mikrodeletionen prädisponiert, die bei bestimmten Formen von Entwicklungsverzögerung, Fehlbildungen des Gehirns und des Herzens sowie Autoimmunproblemen vermutet werden.

Die Forscher konnten auch mehr Informationen über einen Teil von Chromosom 8 erhalten, der einige der größten Variationen der Kopienanzahl unter Menschen enthält. Die Wiederholungseinheit kann zwischen 53 und 326 Kopien variieren.

Nach Abschluss der Chromosom 8-Assemblierung freuen sich die Forscher darauf, dass die weltweite wissenschaftliche Gemeinschaft andere menschliche Chromosomen-Assemblierungen fertigstellt und neue Erkenntnisse bei der Anwendung der Erkenntnisse auf weitere Studien zur Sequenzierung des menschlichen Genoms erhält.

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Die Forscher dieser Studie erklären keine konkurrierenden finanziellen Interessen.

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