Секвенирование отдельных сперматозоидов позволило исследовать мейотическую изменчивость

Секвенирование отдельных сперматозоидов позволило исследовать мейотическую изменчивость

Новый метод позволил исследователям Гарвардской медицинской школы (Harvard Medical School) исследовать одновременно геномы десятков тысяч сперматозоидов для изучения изменчивости в ходе мейоза. В проводившихся ранее исследованиях для изучения мейоза — важнейшей стадии в половом размножении, ошибки в которой могут привести к анеуплоидии, — ученые опирались на данные генотипирования семей или визуализации процесса. Стивен МакКэрролл (Steven McCarroll) из Гарварда и его коллеги создали метод, который назвали Sperm-seq, позволяющий быстро и одновременно секвенировать тысячи геномов сперматозоидов.
 438 •
  0
19.06.2020

Исследователи использовали новый подход Sperm-seq для анализа более 31 000 сперматозоидов от 20 доноров. Как было опубликовано в Nature, они обнаружили, что частота кроссинговера и других фенотипов, относящихся к редукционному делению, варьируют от человека к человеку, а также от клетки к клетке и от хромосомы к хромосоме. Основываясь на этих выводах, исследователи разработали модель для описания диапазона наблюдаемых мейотических фенотипов.

«Наши результаты могут быть объединены с более ранними наблюдениями в единую модель, в которой основной механизм, уплотнение мейотических хромосом, генерирует индивидуальные и межклеточные вариации в различных мейотических фенотипах», − отметили МакКэрролл и его коллеги в своей статье.

Поскольку геномы сперматозоидов находятся в уплотненном состоянии, подход Sperm-seq должен был сначала обеспечить лучший доступ к их исследованию. Ученые сделали это с помощью реагентов, имитирующих ферменты, которые используют яйцеклетки, когда они деконденсируют пронуклеус сперматозоида. После такой деконденсации исследователи инкапсулировали полученные петли ДНК сперматозоидов в капельки с шариками, которые добавляли к ДНК сперматозоидов ДНК-баркоды. Для этого они адаптировали три технологии: Drop-seq, 10x Genomics Chromium Single Cell DNA и 10x Genomics GemCode. В то же время ученые разработали и адаптировали вычислительный метод для определения хромосомной фазы и плоидности, а также для выявления кроссинговера.

Исследователи проанализировали 31 228 сперматозоидов от 20 доноров спермы и смогли секвенировать медианный 1 % гаплоидного генома каждой клетки. В изученных сперматозоидах было зарегистрировано 813 122 событий кроссинговера, и частота рекомбинации колебалась между 22,2 и 28,1 на клетку, что, по словам исследователей, соответствовало предыдущим оценкам.

Кроме того, люди с высокими общими показателями кроссинговера также имели большее количество перекрёстов в среднем на каждой хромосоме.

Чаще кроссинговер наблюдался в сходных точках, в частности, в дистальных областях хромосом у разных доноров. Перекресты происходили и ближе к центромерам, но у разных людей этот показатель изменялся, причем люди с более высокой частотой рекомбинации имели более высокое число перекрёстов. Как отметили ученые, эти различия в расположении перекрёстов и интервалах между ними может отражать основные биологические факторы, которые варьируются от человека к человеку.

Ученые также обнаружили анеуплоидию в исследованных образцах. В 31 228 сперматозоидах, полученных от доноров в возрасте от 18 до 38 лет, было обнаружено 787 анеуплоидий по целой хромосоме и 133 случая дупликации или делеции плеча хромосомы. В целом на клетку приходилось от 0,01 до 0,046 случаев анеуплоидии.

Как отметили исследователи, ошибки хромосомной сегрегации могут происходить во время мейоза I и мейоза II. Ошибки во время мейоза I ведут к появлению хромосом с разной комбинацией аллелей в области центромеры, а ошибки в ходе мейоза II, напротив, дают хромосомы с тем же центромерным гаплотипом. В исследованной когорте половые хромосомы были в 2,2 раза чаще подвержены ошибкам при мейозе I, чем при мейозе II, в то время как аутосомы были в два раза чаще подвержены ошибкам при мейозе II, чем при мейозе I.

Эти различия в мейотических фенотипах между хромосомами, клетками и людьми, по предположениям ученых, обусловлены фундаментальными наследственными биологическими факторами. В модели, основанной на их выводах и выводах других ученых, они предположили, что степень компактизации генома сперматозоидов может влиять на то, где происходит кроссинговер.

«Наша модель предсказывает, что генетическая изменчивость в локусах может влиять на степень уплотнения мейотических хромосом. Тот факт, что разные варианты есть среди клеток от одного и того же донора, свидетельствует, что такая изменчивость хорошо переносится и совместима с хотя и различными, но успешными исходами мейоза», − резюмируют ученые.

Источник перевода: evogenlab.ru

Научный консультант: Ольга Хрущова

Комментарии для сайта Cackle

Актуальное

Главное


Партнеры

Все партнеры