科学:人类着丝粒的完整基因组和表观遗传图谱

来源：100医疗网原创2022-04-04 18336030

2022年4月4日/100医学网BIOON/-为了在细胞分裂期间将遗传物质忠实地分配给子细胞，纺锤体丝必须通过一种称为动粒的结构与DNA结合，这种结构

2022年4月4日/Bioon/——为了在细胞分裂过程中忠实地将遗传物质分配给子细胞，纺锤体丝必须通过一种叫做动粒的结构与DNA结合，这种结构装配在每条染色体的着丝粒上。人类着丝粒位于一大串串联重复DNA序列中，称为alpha satellite，通常跨越每条染色体上的数百万个碱基对。大量的Sat序列往往被其他类型的功能不明确的串联卫星重复序列，以及包括可以转录的基因在内的非重复序列所包围。由于其规模和可重复性，以前的基因组测序工作无法产生富含卫星重复序列的区域的完整组装，从而限制了研究它们的分布、变异和功能的能力。

在过去的20年里，人类参考基因组中几乎完全没有近着丝粒和着丝粒卫星DNA序列。在一项新的研究中，来自端粒到端粒(T2T)联盟的研究人员开发并部署了定制的计算方法，利用完整的端粒到端粒(T2T)人类基因组组装，揭示了这些卫星重复序列在大和小长度尺度上的分化和进化模式。他们还进行了一些实验来精确绘制哪些Sat重复序列与肌动蛋白相互作用。最后，他们比较了多个个体之间的近着丝粒/着丝粒区域，以了解这些序列在不同的遗传背景下如何变化。相关研究成果发表在2022年4月1日的《科学》杂志上，题目是《人类着丝粒的完整基因组和表观遗传图谱》。

无缝装配说明着丝粒进化。图片来自Science，2022，doi :10.1126/Science . abl 4178。

卫星重复序列占T2T-CHM13基因组的6.2%，其中Sat是最大的组成部分(占基因组的2.8%)。通过对每个着丝粒的sat序列关系的详细研究，这些作者发现了人类着丝粒通过分层扩展进化的全基因组证据。具体来说，不同的重复序列变异出现在每个着丝粒区域，并通过类似于串联复制的机制进行扩展，而旧的侧翼序列随着时间的推移而收缩和分化。

这些作者还发现，每个Sat字符串中最近扩展的重复序列更有可能与内部着丝粒蛋白-着丝粒A (CENP-A)相互作用，这与CpG甲基化减少的区域一致。这表明局部卫星重复序列扩展、动态粒子定位和DNA低甲基化之间存在密切关系。此外，他们发现了大的和意想不到的结构重排，影响了许多类型的卫星重复，包括活跃的着丝粒Sat。

最后，通过比较近1600个个体的X染色体序列信息，这些作者观察到，具有非洲血统的个体在着丝粒周围区域具有最大的遗传多样性，有时包含主要在非洲的Sat序列变异。

综上所述，着丝粒的遗传和表观遗传特征在进化过程中紧密交织。这些发现提出了关于内部胃动素、DNA低甲基化和Sat分层扩展之间关系的特定分子机制的重要问题。还有更多关于非Sat重复序列的功能和进化的问题。为了开始回答这些问题，这些作者制作了人类基因组的近着丝粒/着丝粒序列的综合百科全书，并展示了如何用现代基因组学工具研究这些区域。这项新研究还说明了隐藏在这些先前缺失的基因组区域中的丰富的遗传变异，这可能有助于健康和疾病。这种未知的变异突出了对来自不同遗传个体的更多T2T人类基因组组装的需求。(100yiyao.com 100医疗网)

参考资料：

尼古拉斯阿尔特莫斯等人。科学，2022，doi :10.1126/science . abl 4178。

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