Das genetische Rätsel des Y-Chromosoms ist endlich gelöst.

Das menschliche Y-Chromosom, verantwortlich für die Bestimmung des männlichen Geschlechts, hat endlich eine umfassende Untersuchung erhalten.

Forscher sequenzierten das Chromosom, das viele Gene enthält, die an der Spermienproduktion und Fruchtbarkeit beteiligt sind, von einem Mann europäischer Abstammung. Die neue Telomer-zu-Telomer- oder Spitze-zu-Spitze-Konstruktion fügt dem zuvor zusammengefügten Referenz-Y-Chromosom mehr als 30 Millionen DNA-Basen hinzu, berichtet das Team online am 23. August in Nature. Es ist das letzte Stück des menschlichen Pangenoms, das den Versuch darstellt, die gesamte menschliche DNA zu katalogisieren (SN: 5/10/23).

Das Y-Chromosom ist das kleinste der menschlichen Chromosomen. "Früher dachten die Leute, dass es nur ein Schrottplatz für das genomische Material des Menschen ist und dass es nur einen Zweck hat... nämlich das männliche Geschlecht zu bestimmen", sagt Yun-Fai Chris Lau, ein Humangenetiker an der University of California, San Francisco, der nicht an der Arbeit beteiligt war. Wie der Komiker Rodney Dangerfield erhält das Y-Chromosom keinen Respekt, sagt er.

Aber es ist klar, dass das Y-Chromosom mehr tut als nur das männliche Geschlecht zu bestimmen, sagt Lau. Einige Männer verlieren das Y-Chromosom aus einigen ihrer Zellen. Der Verlust macht sie anfällig für Krebs, Alzheimer-Krankheit und andere Krankheiten (SN: 10/26/14). Ein wirklich vollständiges Referenz-Y-Chromosom wird Forschern ermöglichen, die Rolle des Chromosoms im Körper besser zu verstehen, sagt er.

Obwohl klein, hat das Y-Chromosom viele Forscher eingeschüchtert, weil es so viele repetitive Abschnitte der DNA enthält, sagt Adam Phillippy, ein bioinformatischer Forscher am National Human Genome Research Institute in Bethesda, Md., der das Projekt leitete.

Es gibt wiederholte Sequenzen von DNA-Buchstaben oder Basen - den informationstragenden Bausteinen der DNA -, die aneinandergereiht sind und sich über Millionen von Basen erstrecken, wie scheinbar endlose Reihen identischer Puzzlestücke. Einige Teile des Chromosoms haben die Puzzlestücke invertiert. Und einige DNA-Abschnitte enthalten Palindrome; die DNA-Buchstaben lesen sich in beide Richtungen gleich. Dann gibt es noch mehrere Kopien einzelner Gene.

All diese Wiederholungen machen es schwer, genau zu sagen, an welcher Stelle im Puzzle ein bestimmtes Stück hingehört, daher haben die Wissenschaftler diese sich wiederholenden Teile zuletzt aufgehoben, sagt Phillippy. "Wenn Sie Ihr Puzzle wieder zusammensetzen, bewahren Sie immer die wiederholenden Teile wie Gras, Bäume oder den Himmel für das Ende auf."

In einer separaten Studie, die ebenfalls am 23. August online in Nature veröffentlicht wurde, wurde das gesamte Y-Chromosom von 43 Personen sequenziert, darunter 21 Personen afrikanischer Abstammung. Diese Studie zeigte, dass das männliche Geschlechtschromosom in der Länge von Person zu Person um Millionen von DNA-Basen variieren kann, was bedeutet, dass das Chromosom bei einigen Menschen zusätzliche Kopien einiger Gene oder anderer DNA-Abschnitte hat. Zum Beispiel haben Männer möglicherweise zwischen 23 und 39 Kopien von TSPY-Genen, die an der Spermienproduktion beteiligt sind, fanden die Forscher heraus.

Das Vorhandensein vollständiger Y-Chromosomen von mehreren Menschen half Phillippy und Kollegen, ein Rätsel zu lösen. Der alte Referenz-Chromosom hatte das TSPY2-Gen in der Nähe einer Chromosomenspitze. Aber die Telomer-zu-Telomer-Version zeigte es nahe dem Zentromer - dem eingeengten Teil des Chromosoms - und rückwärts im Vergleich zur Referenzversion.

"Wir haben bestätigt, dass es richtig in unserer Montage war, also haben wir angenommen, dass es ein Fehler in der alten Montage war", sagt Phillippy. Aber die zweite Studie zeigte, dass beide Versionen richtig waren. TSPY2 hat sich auf dem Chromosom bewegt. Einige Menschen haben es an einer Stelle, während andere es an der anderen haben.

Das Vorhandensein mehrerer Kopien von TSPY-Genen und die unterschiedliche Lage von TSPY2 können die Aktivität der Gene und deren Auswirkung auf die Spermienproduktion beeinflussen, sagt Lau. Einige frühere Studien haben angedeutet, dass unterschiedliche Anzahlen von Kopien die Fruchtbarkeit beeinflussen können, während andere Studien keinen Zusammenhang gefunden haben. Die genaueren Informationen aus den neuen Studien können die Debatte klären oder den Forschern zumindest mehr Hinweise darauf geben, wie die Gene die Spermienproduktion beeinflussen, sagt er.

Die neue Forschung könnte den Wissenschaftlern helfen, mehr über die Evolution des Y-Chromosoms zu erfahren, sagt Phillippy. Und letztendlich könnten das Studium seiner Gene und ihrer Varianten zu einem besseren Verständnis der Fruchtbarkeit und der Behandlung von Unfruchtbarkeit führen, sagt er, aber solche medizinischen Anwendungen liegen wahrscheinlich noch Jahre entfernt.

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