Acum, o echipă de cercetare condusă de biologi de la Penn State University a făcut progrese semnificative, prezicând sistematic locațiile structurilor non-B ADN în genomurile marilor maimuțe. Aceasta este o etapă critică pentru înțelegerea rolurilor funcționale și evolutive ale acestor structuri. ADN-ul non-B a fost deja asociat cu boli genetice și cancer.
Progres datorat genomurilor complete T2T
Acest progres a fost posibil datorită asamblărilor genomice T2T recente, care oferă secvențe complete, fără lacune ale genomurilor umane și ale altor mari maimuțe. Acestea depășesc limitările anterioare impuse de regiunile extrem de repetitive din ADN. Studiul, publicat în revista Nucleic Acids Research, arată că structurile non-B sunt îmbogățite în regiunile recent secvențiate și sugerează posibile funcții necunoscute anterior.
„Când a fost publicat pentru prima dată genomul uman în 2001, de fapt nu era complet. Aproximativ 8% din genom, în principal ADN repetitiv, rămăsese nedeterminat. În 2022 și 2023, un efort masiv al consorțiului T2T a completat aceste goluri pentru genomul uman, iar anul acesta am făcut același lucru pentru toate marile maimuțe”, a spus Kateryna Makova, profesor de biologie la Penn State și conducătorul echipei de cercetare.
Provocările ADN-ului repetitiv
Pentru majoritatea genomurilor secvențiate anterior, au fost folosite tehnologii de secvențiere cu citiri scurte. Acestea presupun fragmentarea genomului în milioane de bucăți mici, care apoi trebuie reasamblate — un proces comparabil cu un puzzle uriaș cu piese foarte asemănătoare.
„O mare parte din genom este alcătuită din ADN repetitiv, uneori cu sute sau mii de copii ale aceleiași secvențe scurte, puse una după alta pe cromozomi. T2T folosește tehnologii cu citiri lungi, permițând secvențierea în fragmente mai mari și mai precise”, a explicat Linnéa Smeds, cercetător postdoctoral la Penn State și autorul principal al studiului. „
Studiul a arătat că secvențele recent determinate sunt îmbogățite în motive non-B, iar distribuția acestor structuri este în mare parte similară între specii. Genomul gorilei, cunoscut pentru procentajul ridicat de ADN repetitiv, conține și cel mai mare număr de motive non-B.
De asemenea, ADN-ul non-B este mai instabil, cu rata de mutație mai mare și predispus la rupturi ale ADN-ului, ceea ce poate duce la rearanjări cromozomiale — aspecte importante atât pentru evoluția genomului, cât și pentru bolile genetice.
„Recent, un tip de ADN repetitiv, numit ADN satelit, a fost implicat în translocația cromozomului 21, asociată cu o formă de sindrom Down. Am descoperit că motivele de Z-ADN sunt de 97 de ori mai frecvente în această regiune decât în restul genomului — un indiciu posibil al rolului ADN-ului non-B în astfel de rearanjări” a explicat Smeds.
Pașii următori și implicații viitoare
Deocamdată, oamenii de știință u confirmat experimental doar o mică parte dintre aceste structuri, subliniind că majoritatea necesită cercetări suplimentare.
„Formarea unei structuri non-B la un anumit motiv este cu siguranță dependentă de context. Poate depinde de tipul celular, stadiul de dezvoltare și contextul epigenetic, cum ar fi metilarea ADN-ului. A existat o schimbare recentă în modul în care înțelegem genomul – nu mai este vorba doar despre secvență, ci și despre structură. Sperăm ca studiul nostru să devină un punct de plecare pentru cercetări viitoare asupra acestor caracteristici structurale în genom ”, a spus Makova.