Das Y-Chromosom der Männer ist im Vergleich zum weiblichen X-Chromosom eher kümmerlich: Im Laufe der Evolution hat es fast 90 Prozent seiner Erbinformation verloren. Es ist nur ein Drittel so groß und enthält gerade einmal ein Fünftel so viele Gene wie sein weibliches Gegenstück. Dennoch ist dieses Chromosom wichtig, denn seine Gene beeinflussen das biologische Geschlecht, die Entwicklung der männlichen Geschlechtsmerkmale und die Spermienproduktion des Mannes. Wissenschaftler haben zudem kürzlich herausgefunden, dass der altersbedingte Verlust des Y-Chromosoms aus manchen Zellen älterer Männer das Risiko für Herzerkrankungen und Entzündungen erhöht. Trotz seiner Bedeutung war das Y-Chromosom jedoch bisher das einzige, das noch nicht vollständig sequenziert werden konnte. Das weibliche X-Chromosom wurde dagegen schon 2020 komplett entschlüsselt, die lückenlose Sequenzierung des restlichen menschlichen Erbguts folgte 2022 – nur das Y-Chromosom fehlte noch. Von ihm waren zwar die wesentlichen Gene bekannt, rund die Hälfte seines DNA-Codes blieb aber unentschlüsselt.
62,46 Millionen Basenpaare des Y-Chromosoms sequenziert
Der Grund für die Lücken in der Y-Chromosomkarte ist die komplexe, aus ungewöhnlich vielen sich wiederholenden Abschnitten aufgebaute Struktur des männlichen Geschlechtshormons. Zu diesen gehören zahlreiche Sequenzen mit aufeinanderfolgenden mehrfachen Basencode-Kopien, aber auch Palindrome – lange Abschnitte, deren DNA-Code exakt spiegelbildlich zueinander kopiert ist. Die bisher gängigen Sequenzierungsmethoden erlaubten es nicht, solche vielfach kopierten oder sehr ähnlichen Abschnitte korrekt auszulesen, denn sie zerteilen das Erbgut in kurze, nur wenige hundert Basen lange Fragmente. Diese müssen dann nachträglich wieder in der richtigen Reihenfolge zusammengesetzt werden. Das aber ist unmöglich, wenn hunderte oder tausende dieser Stückchen nahezu identisch sind. Dank der Fortschritte der Sequenzierungstechnik können die Geräte inzwischen jedoch mehrere zehntausend bis eine Million Basenpaare lange Abschnitte lesen. Dies ermöglicht es, auch Erbgutteile mit vielen identischen Wiederholungen zu entschlüsseln. Beim Zusammenfügen der DNA-Fragmente kommt zudem inzwischen auch künstliche Intelligenz zum Einsatz.
Jetzt ist es den Wissenschaftlern des Telomere-to-Telomere (T2T) Consortium gelungen, auch das männliche Geschlechtschromosom mit diesen Methoden vollständig zu sequenzieren. “Die resultierende Kartierung umfasst alle 62,46 Millionen Basenpaare des Y-Chromosoms ohne Lücken oder per Modell ergänzte Sequenzen”, berichten Arang Rhie vom National Human Genome Research Institute (NHGRI) in Bethesda und seine Kollegen. Die Sequenzierung ergänzt damit die bisher bekannten DNA-Abschnitte dieses Chromosoms um rund 30 Millionen Basenpaare. Diese umfassen größtenteils wiederholte Sequenzen. “Die größte Überraschung war dabei, wie geordnet diese Repeats sind”, sagt Co-Autor Adam Phillippy vom NHGRI und Leiter des T2T-Konsortiums. “Wir wussten vorher nicht, wie die fehlenden Abschnitte genau aufgebaut sind, sie hätten sehr chaotisch sein können. Stattdessen besteht fast die Hälfte dieses Chromosoms aus abwechselnden Blöcken von zwei spezifischen, sich wiederholenden Sequenzen, auch als Satelliten-DNA bekannt. Sie erzeugen ein schönes, Quilt-ähnliches Muster.”
