Ученые определили точку слияния хромосом, что раскрывает механизм их эволюции

На изображении показаны хромосомы Робертсона и их нормальные, несоединенные аналоги из трех различных человеческих клеточных линий. Хромосомы помечены с помощью флуоресцентной гибридизации in situ (FISH). Автор: Stowers Institute for Medical Research

Примерно у одного из 800 человек две хромосомы сливаются вместе, образуя необычную связь. Такие хромосомы известны как хромосомы Робертсона. Эта загадка долгое время ставила ученых в тупик.

Теперь исследователи из Медицинского исследовательского института Стоуэрса определили точное место, где человеческие хромосомы разрываются и рекомбинируют, образуя хромосомы Робертсона.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, не только объясняют, как формируются эти перестройки и остаются стабильными, но и указывают на то, как повторяющаяся ДНК, когда-то считавшаяся «мусорной», может играть центральную роль в организации и эволюции генома.

«Это первый случай, когда кому-либо удалось показать, где именно происходит этот разрыв ДНК», — сказала Дженнифер Гертон, ведущий автор исследования. — «Это открывает дверь к пониманию того, как эволюционируют хромосомы, о чем мы раньше не подозревали».

Носители хромосом Робертсона часто не подозревают о своей особенности. Хотя в целом они здоровы, у них может быть бесплодие или случаются выкидыши. А если у них рождаются дети, то существует повышенный риск синдрома Дауна.

Команда использовала технологию секвенирования ДНК с длинными чтениями, чтобы впервые получить полные последовательности хромосом Робертсона. Сравнив последовательности трех человеческих хромосом Робертсона с нормальными хромосомами, ученые обнаружили общую точку разрыва. Она находится в специфической повторяющейся последовательности ДНК под названием SST1.

«Это знаковое исследование», — сказала специалист по геномам Гленнис Логсдон из Университета Пенсильвании, не участвовавшая в работе. — «Как первая группа, определившая точную точку разрыва, Гертон и ее коллеги зажгли факел, который может разжечь более широкое понимание того, как функционируют эти хромосомы».

Формула слияния

Команда обнаружила, что точки разрыва возникают в высокоповторяющихся последовательностях ДНК SST1. Когда сайты SST1 сближаются внутри ядрышка клетки, их близость может вызвать слияние, результатом которого становится хромосома Робертсона.

Хромосомы Робертсона образуются, когда две длинные плеча сливаются, а короткие — теряются. В результате вместо 46 хромосом остается 45, что может приводить к проблемам с выравниванием хромосом во время деления клетки и, как следствие, к бесплодию.

Исследование также показало, почему эти сросшиеся хромосомы могут оставаться стабильными. Хотя они несут два центромера — якорные точки, за которые хромосомы растаскиваются при делении клетки, — активна только одна из них. Это предотвращает разрыв хромосомы.

Взгляд на другие виды

Хромосомы Робертсона встречаются у многих видов животных и растений и впервые были обнаружены у кузнечиков.

«Теперь, когда мы знаем, как эти хромосомы формируются у людей, это дает нам представление о том, как они возникают в природе в целом», — отметила Гертон.

Изучив геномы ближайших родственников человека — шимпанзе и бонобо, — ученые увидели отличия. У человекообразных обезьян есть последовательности SST1, но их расположение несколько иное, что делает данное открытие уникальным для человека.

«Это действительно заставило нас задуматься о роли, которую эти повторяющиеся последовательности ДНК играют в формировании генома и потенциально в создании новых видов», — сказал Леонардо Гомес де Лима.

Больше информации: Jennifer Gerton, The formation and propagation of human Robertsonian chromosomes, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09540-8.