Ученые раскрыли новый механизм возникновения генетической изменчивости человека

Генетики из Тель-Авивского университета вместе с коллегами обнаружили неожиданный источник генетического разнообразия в сперматозоидах человека.

Любой учебник генетики учит, что уникальная ДНК каждого человека формируется во время мейоза – особым образом организованного деления клеток, который и приводит к образованию сперматозоидов. Именно на этапе мейоза хромосомы обмениваются своими фрагментами в процессе кроссинговера. Но в новой работе генетики показали, что еще до мейоза сперматогонии (клетки-предшественники сперматозоидов) сами изменяются и эти случайные изменения – наследуются. Работа опубликована в журнале Nature.

Ученые провели анализ 15 образцов спермы с помощью технологии высокоточного длинного секвенирования. Оказалось, что в процессе обычного деления сперматогонии меняются. В отличие от "запланированного" мейотического обмена, эти "неплановые" изменения вносит система аварийного ремонта ДНК: когда в ДНК делящейся клетки возникает случайный разрыв, ферменты берут в качестве матрицы парную (гомологичную) хромосому, полученную от другого родителя, и буквально переписывают поврежденный фрагмент. Поскольку сперматогонии делятся непрерывно, эти случайные микроскопические "ремонтные заплатки" накапливаются годами. А любая подобная правка в стволовой клетке затем наследуется всеми миллионами сперматозоидов, которые из нее сформируются.

Первый автор исследования, доктор Регев Швейгер отмечает: "Мы обнаружили, что наряду с привычным мейотическим путем существует важный процесс, характерный для ремонта ДНК перед мейозом. Возможность напрямую увидеть тысячи таких событий в сперматозоидах открывает новое окно в понимание того, как формируется генетическое разнообразие".

Частота и локализация этих случайных "ремонтных" изменений различаются даже у идентичных близнецов. Это означает, что генетическое разнообразие формируется не только унаследованными генами, но и случайными последствиями внутриклеточного ремонта. Поскольку такие правки часто происходят в нестабильных зонах генома, открытие дает ключ к пониманию причин возникновения наследственных заболеваний и механизмов защиты репродуктивного здоровья.