Секвенирование ДНК отдельных мышиных сперматозоидов указало на «предпочтения» кроссинговера

Британские исследователи использовали технологию секвенирования ДНК одиночных клеток для того, чтобы детектировать кроссинговеры в сперматозоидах мыши и разобрались, какие факторы влияют на их формирование. Сравнив потенциальные горячие точки на ДНК, в которых он мог произойти, авторы статьи в Science пришли к выводу, что кроссинговеры «предпочитают» происходить в симметричных горячих точках с GC-обогащенным контекстом, расположенных вблизи от теломер. Еще одним важным критерием оказалось то, какой из вариантов белка PRDM9 участвует в формировании горячей точки и на какой из гомологичных хромосом она расположена.

Несмотря на растущие возможности и доступность генетических технологий, создание кроссинговерных карт — точек, в которых хромосомы обменялись участками во время образования половой клетки, — по прежнему остается проблемным. Обычно места обмена ищут, сравнивая геномные последовательности родителя и его ребенка. Две хромосомы родителя отличаются друг от друга в отдельных точках. Увидев на хромосоме ребенка подряд участки, «пришедшие» разных хромосом родителя, можно сказать, что кроссинговер произошел где-то между ними. Точность такого определения места кроссинговера, соответственно, зависит от промежутка между такими точками.

Группа британских исследователей решила модифицировать этот подход и выбрала для секвенирования не детей, а отдельные сперматозоиды. Для описанной задачи принципиальная разница между ними заключается только в количестве ДНК для анализа. В последнее время аккуратность секвенирования ДНК одиночных клеток значительно улучшилась, что и позволило исследователям использовать эту технологию. На роль донора спермы авторы выбрали самца мыши, родители которого принадлежали к разным породам. В итоге Аньяли Гупта Хинч (Anjali Gupla Hinch) и ее коллеги отсеквенировали 217 мышиных сперматозоидов и нашли в них 2649 кроссинговеров со средним разрешением в 916 пар оснований.

Кроме создания карты кроссинговеров, исследователи также постарались разобраться в закономерностях их распространения. Кроссинговеры обычно происходят на хромосомах не случайным образом, а в основном в местах связывания белка PRDM9, так называемых горячих точках кроссинговера. В этих местах он иницирует появление двуцепочечных разрывов на ДНК. Они необходимы для запуска кроссинговера, но далеко не во всех точках таких этот запуск происходит: многие разрывы клетка чинит без обмена материалом между хромосомами. Кроме того, разные аллели PRDM9 могут предпочитать садиться на разные участки ДНК. Чтобы иметь возможность сравнить разные варианты, у матери донора ее ген PRDM9 был заменен на человеческий вариант, тогда как у отца в геноме оставили типичную для его породы аллель. В результате у донора в геноме оказались оба варианта.

При помощи технологии ChiP-Seq авторы статьи разметили на примере других сперматозоидов той же мыши потенциальные горячие точки и посмотрели, какие из них оказались задействованы в найденных кроссинговерах. Исследователи обнаружили четыре фактора, комбинации которых сильно повышали шанс горячей точки превратиться в настоящий кроссинговер. Это симметричное расположение на обеих гомологичных хромосомах, близость к теломерам, повышенная доля GC-пар вокруг горячей точки и использование мышиного варианта PRDM9, а не человеческого.

Кроме этого исследователи обнаружили, что, в отличие от человеческого варианта, мышиный PRDM9 имеет предпочтения при выборе хромосомы и чаще связывается с участками ДНК на хромосоме, полученной от мыши другой породы. Авторы объяснили такую диспропорцию тем, что иметь в геноме места, которые слишком сильно «нравятся» PRDM9 — опасно, потому что это может спровоцировать мутации. Поэтому внутри отдельной породы из генома постепенно убираются участки, к которым характерный для них вариант PRDM9 особенно «привязан». Человеческий вариант PRDM9, к которому обе породы мышей-родителей были одинаково неприспособлены, показал гораздо меньшую разборчивость: он с примерно одинаковой частотой инициировал двуцепочечные разрывы на одной или другой гомологичной хромосоме.

Недавно мы писали про аналогичное исследование по классической методе, в котором оказалась задействована половина населения Исландии. Авторы этой работы обнаружили, что двуцепочечные разрывы и кроссинговер действительно имеют ярко выраженный мутагенный эффект.

https://nplus1.ru