Più di 20 anni fa, il genoma umano fu sequenziato per la prima volta. Mentre la prima versione era piena di “buchi” che rappresentavano sequenze di DNA mancanti, il genoma è stato gradualmente migliorato nei passaggi successivi. Ciascuno di essi ha aumentato la qualità del genoma e, così facendo, ha risolto la maggior parte degli spazi vuoti che ci impedivano di avere una lettura completa del nostro materiale genetico.
La difficoltà fondamentale che i ricercatori hanno dovuto affrontare nel leggere il genoma da un capo all’altro è l’enorme numero di sequenze ripetute che lo popolano. I circa 20.000 geni che noi esseri umani possediamo occupano appena il 2% dell’intero genoma. Il restante 98% è costituito essenzialmente da queste famiglie di sequenze ripetute, elementi mobili noti come trasposoni e retrotrasposoni e, in misura minore ma funzionalmente importante, sequenze regolatrici dell’espressione genica. Funzionano come interruttori che determinano quando e dove i geni vengono attivati e disattivati.
Nel marzo 2022 è stata pubblicata sulla rivista Science un’importante revisione del genoma. Un consorzio internazionale di ricercatori noto come “T2T” (da telomero a telomero, che sono le estremità dei cromosomi) ha utilizzato una nuova strategia basata su un tipo di cellula (CHM13) che conserva solo una copia di ciascun cromosoma.
In combinazione con le più recenti tecniche di sequenziamento del DNA, i ricercatori sono riusciti ad aggiungere circa 200 milioni di lettere al genoma umano, risolvendo la maggior parte dei buchi nei cromosomi da 1 a 22.
L’unico cromosoma rimasto fuori era il più piccolo di tutti i cromosomi che abbiamo noi umani: Y. È un cromosoma esclusivamente maschile che è anche il più complesso, con sequenze ripetute di tutti i tipi.
Il cromosoma Y, finalmente completo
Ognuno di noi ha 46 cromosomi nelle nostre cellule, disposti a coppie. In realtà ci sono 23 paia di cromosomi, 22 paia di cromosomi autosomici (da 1 a 22) e una coppia di cromosomi sessuali (che possono essere X o Y).
Da ogni coppia di cromosomi ne ereditiamo uno da nostro padre e uno da nostra madre. La maggior parte delle donne ha la configurazione cromosomica 46XX: l’ultima coppia di cromosomi, 23, è composta da due copie del cromosoma X. La maggior parte dei maschi ha la configurazione cromosomica 46XY, il che significa che la coppia di cromosomi sessuali è composta da un cromosoma X e uno Y.
Il cromosoma Y, presente solo nei maschi, contiene i geni responsabili dello sviluppo degli organi sessuali maschili, in particolare il gene master SRY, che innesca una cascata di eventi che alla fine converte una prima gonade indifferenziata nei testicoli, dove vengono prodotti gli spermatozoi. . In assenza del gene SRY (come nelle femmine 46XX), questa gonade primordiale si sviluppa infine nelle ovaie, dove vengono prodotti gli ovuli.
Il consorzio T2T ha risolto i problemi tecnici che impedivano il completamento della sequenza del cromosoma Y e, così facendo, ha scoperto 40 geni codificanti proteine precedentemente sconosciuti. Come spiegato in un articolo sulla rivista Nature, ciò aggiunge 30 milioni di lettere in più alla lunghezza totale del genoma umano, che ora conterebbe 3,23 miliardi di lettere. Il nuovo genoma di riferimento, denominato T2T-CHM13+Y, è stato messo a disposizione dell’intera comunità di ricerca dagli autori dello studio.
Accanto alla sequenza completa del cromosoma Y, Nature ha pubblicato un secondo studio sulle sequenze di 43 cromosomi Y derivati da esseri umani vissuti negli ultimi 183.000 anni. La loro analisi rivela una grande diversità sia nelle dimensioni che nella struttura di questo cromosoma Y nel corso dell’evoluzione. I ricercatori hanno rilevato, tra le altre cose, grandi inversioni di sequenza: frammenti di DNA che vengono capovolti e inseriti sottosopra.
Che sappiamo di più sul cromosoma Y è un’ottima notizia. Appena circa un anno fa abbiamo assistito a un’altra scoperta scientifica che correla la comune perdita del cromosoma Y in molte cellule con una aspettativa di vita più breve per gli uomini rispetto alle donne. Ed è chiaro che nei geni sono nascoste informazioni molto più preziose.
L’iniziativa del pangenoma
Questi due nuovi studi aumentano significativamente la nostra conoscenza del DNA umano, risolvendo ciò che dobbiamo ancora scoprire sul cromosoma più piccolo ma più complesso del nostro genoma. Vengono sulla scia dell’iniziativa pangenoma, che mira a catturare la variabilità genetica esistente tra gli esseri umani. Sebbene condividiamo tutti gran parte del nostro genoma, differiamo di circa lo 0,1%. Ciò corrisponde a una differenza di oltre 3 milioni di paia di lettere tra due individui qualsiasi.
Con l’iniziativa del pangenoma non avremo più un unico genoma di riferimento, ma centinaia che illustreranno in modo più affidabile le nostre somiglianze e differenze genetiche. Tra le altre cose, questo dovrebbe aiutarci a individuare più facilmente le mutazioni genetiche associate a migliaia di malattie congenite.
