Kromosom Y Akhirnya Terpetakan Utuh, Simak Manfaat Pentingnya
CNN Indonesia
Jumat, 25 Agu 2023 11:30 WIB
Bagikan:
URL berhasil disalin
Ilustrasi. Para ilmuwan akhirnya berhasil melengkapi celah dalam urutan kromosom Y manusia. (Foto: Istockphoto/BlackJack3D)
Jakarta, CNN Indonesia --
Para ilmuwan akhirnya berhasil melengkapi celah dalam urutan kromosom Y manusia, 20 tahun setelah draf pertama kode DNA-nya dipublikasikan.
Kromosom Y adalah salah satu dari dua kromosom, bersama dengan kromosom X, yang menentukan jenis kelamin biologis pada manusia. Perempuan memiliki sepasang kromosom X, sedangkan pria memiliki pasangan satu kromosom X dan Y.
Penelitian terbaru ini mengungkap katalog lengkap gen-gen dalam kromosom seks pria, kromosom manusia terakhir yang diurutkan secara lengkap, dan bagaimana gen-gen tersebut diatur.
Temuan yang dipublikasikan Rabu (23/8) di jurnal Nature ini dapat mempermudah deteksi varian gen pada kromosom Y dan mengaitkannya dengan sifat-sifat tertentu, serta mengembangkan terapi yang dipersonalisasi untuk penyakit genetik yang berhubungan dengan jenis kelamin.
Sebuah makalah pendamping, yang juga diterbitkan di Nature, menggunakan perangkat lunak baru yang dibuat berdasarkan kemajuan ini untuk mengurutkan kromosom Y dari lebih dari 40 pria di seluruh dunia.
Temuan ini menunjukkan kromosom Y berevolusi untuk memiliki variasi yang luas dalam ukuran dan strukturnya di antara individu.
Dianne Newbury, profesor genetika medis dan genomik di Oxford Brookes University yang tidak terlibat dalam penelitian ini mengatakan penemuan tersebut adalah karya yang luar biasa dan studi penting dalam genetika.
"Pengurutan unit ini [kromosom Y] memberikan gambaran lengkap tentang keseluruhan genom manusia dan akan memulai banyak penelitian tentang kromosom seks yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan," kata Dianne, mengutip LiveScience, Rabu (23/8).
Pelengkapan urutan kromosom Y juga berguna buat kepentingan medis, termasuk isu kesuburan.
Salah satu bagian kromosom Y disebut wilayah faktor azoospermia, yaitu hamparan DNA yang mengandung beberapa gen yang terlibat dalam produksi sperma.
Dengan rangkaian gen yang baru diselesaikan, para peneliti bisa mempelajari struktur serangkaian pengulangan terbalik atau "palindrom" di wilayah faktor azoospermia.
"Struktur ini sangat penting karena terkadang palindrom ini dapat membuat lingkaran (loop) DNA," kata Arang Rhie, staf ilmuwan NHGRI dan penulis utama publikasi Nature.
"Terkadang, loop ini secara tidak sengaja terpotong dan menyebabkan penghapusan genom," lanjutnya.
Penghapusan di wilayah faktor azoospermia diketahui mengganggu produksi sperma, sehingga palindrom ini dapat mempengaruhi kesuburan.
Dengan rangkaian kromosom Y yang lengkap, para peneliti kini dapat menganalisis penghapusan ini dengan lebih tepat dan pengaruhnya terhadap produksi sperma.
Kromosom Y penting untuk pengembangan karakteristik jenis kelamin pria.
Komosom ini membawa gen wilayah penentu jenis kelamin Y (SRY), yang mengkode protein yang mendorong perkembangan testis dan menghalangi perkembangan organ-organ wanita seperti rahim dan saluran tuba.
Gen tersebut diurutkan sebagian pada tahun 2003 sebagai bagian dari Proyek Genom Manusia, yang menghasilkan draf pertama genom manusia.
Namun, kromosom Y memiliki struktur kompleks yang mengandung banyak urutan DNA panjang dan berulang, dan hingga saat ini, kurang dari 50 persen dari urutan tersebut diketahui.
"Ketika kita menyusun kembali sebuah genom, kita tidak bisa mengurutkan seluruh kromosom secara utuh; kita hanya bisa mengurutkan sedikit demi sedikit, dan kemudian kita harus menjahitnya kembali," kata Adam Phillippy, penulis utama salah satu studi baru dan peneliti senior di National Human Genome Research Institute.
"Dan seperti merekonstruksi teka-teki, bagian yang berulang-ulang dan terlihat sama adalah bagian yang paling sulit, dan Anda menyimpannya untuk bagian akhir," imbuhnya.
Menggunakan kombinasi teknologi pengurutan DNA dan pembelajaran mesin mutakhir, serta wawasan yang diperoleh dari pengurutan 23 kromosom manusia lainnya, tim Phillippy mampu menyusun kromosom Y secara lengkap.
Mereka menemukan kromosom ini mengandung 62.460.029 pasangan basa DNA, pasangan "huruf" yang membentuk anak tangga DNA. Jumlah tersebut 30 juta lebih banyak daripada genom referensi terbaru, GRCh38, yang terus diperbaiki selama 20 tahun terakhir.
Tim mengoreksi kesalahan pada GRCh38 dan menemukan struktur lengkap dari beberapa keluarga gen, seperti DAZ dan RBMY, yang terlibat dalam produksi sperma.
Mereka juga mengidentifikasi 41 gen pengkode protein baru dan memberikan wawasan tentang wilayah non-kode yang dikenal sebagai DNA satelit, yang tidak membawa cetak biru untuk protein serta sekuens yang sering disalahartikan sebagai DNA bakteri di masa lalu.
Cara pemetaan kromosom di halaman berikutnya...
Dengan menggunakan pelajaran yang mereka pelajari dalam membangun genom baru ini, yang disebut T2T-Y, tim ini kemudian mengembangkan perangkat lunak yang disebut Verkko.
Perangkat ini dapat digunakan untuk menyusun urutan lengkap kromosom tambahan secara efisien. Hal ini penting karena T2T-Y dibangun hanya dari satu kromosom Y donor, sehingga tidak memberikan gambaran lengkap tentang bagaimana kromosom ini dapat bervariasi di antara orang-orang.
Dalam penelitian terpisah, para ilmuwan menggunakan Verkko untuk menyusun kromosom Y sepenuhnya dari 43 pria dari populasi di seluruh Afrika, Amerika, Asia, dan Eropa yang menyumbangkan sampel DNA ke Proyek 1000 Genom, sebuah proyek internasional untuk membuat katalog variasi genetik manusia.
Urutan-urutan ini mencerminkan tingkat keragaman modern pada kromosom Y, dengan 43 kromosom dan T2T-Y yang memiliki nenek moyang sama sekitar 183.000 tahun lalu.
Urutannya berkisar antara 45,2 juta hingga 84,9 juta pasangan basa, dan jika digabungkan, mereka menunjukkan kromosom Y secara substansial telah terdiversifikasi dalam ukuran dan strukturnya selama ini.
Charles Lee, penulis senior studi pendamping dan direktur ilmiah serta profesor di Jackson Laboratory for Genomic Medicine mengatakan secara khusus, tim menemukan variasi yang mengejutkan pada daerah kromosom yang berulang.
Dia menjelaskan kromosom Y mengandung blok terbesar dari DNA yang terkondensasi dan tidak dikodekan, lebih dikenal sebagai heterokromatin, di seluruh genom manusia.
Wilayah ini terutama terdiri dari dua urutan DNA berulang, yang diatur secara berbeda di antara peserta dalam penelitian ini tetapi selalu muncul dalam rasio 1 banding 1 yang sama, dalam hal berapa kali mereka ditemukan dalam kromosom.
"Bagi saya, hal ini menunjukkan beberapa signifikansi fungsional yang belum diketahui untuk wilayah kromosom ini," kata Lee.
Memang, para ilmuwan tidak lagi menganggap heterokromatin sebagai DNA "sampah", dengan penelitian terbaru yang menunjukkan bahwa heterokromatin dapat memainkan peran penting dalam sel, dan bahkan mungkin berkontribusi pada evolusi otak manusia.
Dalam makalahnya, Phillippy dan timnya menulis genom referensi yang ada saat ini perlu diperbarui dan label yang sesuai harus diberikan pada setiap daerah kromosom Y yang baru diidentifikasi.
Tim Lee berharap dapat mempelajari lebih lanjut tentang dampak fungsional dari variasi struktural pada kromosom Y terhadap kesehatan dan penyakit, serta kemungkinan kaitannya dengan evolusi manusia.
Kerstin Howe, kepala genomik produksi di Wellcome Sanger Institute yang tidak terlibat dalam penelitian ini, menegaskan pentingnya kemajuan ini.
"Merakit urutan lengkap 43 kromosom Y melintasi ruang dan waktu tidak hanya membantu kita untuk menyelidiki evolusi kromosom seks, tapi juga evolusi manusia secara umum," kata Kerstin.
Sementara, untuk mengembangkan terapi baru untuk mengobati penyakit yang mungkin terkait dengan kromosom Y, Phillippy mengatakan ini adalah jalan yang panjang dari memiliki genom hingga mengembangkan, menyetujui, dan meluncurkan semacam terapi tapi ia tetap optimis.
"Ini seperti cetak biru yang sedang kita lihat, dan jika ada lubang yang lengkap di dalamnya, Anda mungkin tidak tahu harus mulai dari mana. Tetapi dengan mengisinya, kita memiliki gambaran yang lengkap," kata Phillippy.
Para ilmuwan akhirnya berhasil melengkapi celah dalam urutan kromosom Y manusia, 20 tahun setelah draf pertama kode DNA-nya dipublikasikan.
Kromosom Y adalah salah satu dari dua kromosom, bersama dengan kromosom X, yang menentukan jenis kelamin biologis pada manusia. Perempuan memiliki sepasang kromosom X, sedangkan pria memiliki pasangan satu kromosom X dan Y.
Penelitian terbaru ini mengungkap katalog lengkap gen-gen dalam kromosom seks pria, kromosom manusia terakhir yang diurutkan secara lengkap, dan bagaimana gen-gen tersebut diatur.
Temuan yang dipublikasikan Rabu (23/8) di jurnal Nature ini dapat mempermudah deteksi varian gen pada kromosom Y dan mengaitkannya dengan sifat-sifat tertentu, serta mengembangkan terapi yang dipersonalisasi untuk penyakit genetik yang berhubungan dengan jenis kelamin.
Sebuah makalah pendamping, yang juga diterbitkan di Nature, menggunakan perangkat lunak baru yang dibuat berdasarkan kemajuan ini untuk mengurutkan kromosom Y dari lebih dari 40 pria di seluruh dunia.
Temuan ini menunjukkan kromosom Y berevolusi untuk memiliki variasi yang luas dalam ukuran dan strukturnya di antara individu.
Dianne Newbury, profesor genetika medis dan genomik di Oxford Brookes University yang tidak terlibat dalam penelitian ini mengatakan penemuan tersebut adalah karya yang luar biasa dan studi penting dalam genetika.
"Pengurutan unit ini [kromosom Y] memberikan gambaran lengkap tentang keseluruhan genom manusia dan akan memulai banyak penelitian tentang kromosom seks yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan," kata Dianne, mengutip LiveScience, Rabu (23/8).
Pelengkapan urutan kromosom Y juga berguna buat kepentingan medis, termasuk isu kesuburan.
Salah satu bagian kromosom Y disebut wilayah faktor azoospermia, yaitu hamparan DNA yang mengandung beberapa gen yang terlibat dalam produksi sperma.
Dengan rangkaian gen yang baru diselesaikan, para peneliti bisa mempelajari struktur serangkaian pengulangan terbalik atau "palindrom" di wilayah faktor azoospermia.
"Struktur ini sangat penting karena terkadang palindrom ini dapat membuat lingkaran (loop) DNA," kata Arang Rhie, staf ilmuwan NHGRI dan penulis utama publikasi Nature.
"Terkadang, loop ini secara tidak sengaja terpotong dan menyebabkan penghapusan genom," lanjutnya.
Penghapusan di wilayah faktor azoospermia diketahui mengganggu produksi sperma, sehingga palindrom ini dapat mempengaruhi kesuburan.
Dengan rangkaian kromosom Y yang lengkap, para peneliti kini dapat menganalisis penghapusan ini dengan lebih tepat dan pengaruhnya terhadap produksi sperma.
Kromosom Y penting untuk pengembangan karakteristik jenis kelamin pria.
Komosom ini membawa gen wilayah penentu jenis kelamin Y (SRY), yang mengkode protein yang mendorong perkembangan testis dan menghalangi perkembangan organ-organ wanita seperti rahim dan saluran tuba.
Gen tersebut diurutkan sebagian pada tahun 2003 sebagai bagian dari Proyek Genom Manusia, yang menghasilkan draf pertama genom manusia.
Namun, kromosom Y memiliki struktur kompleks yang mengandung banyak urutan DNA panjang dan berulang, dan hingga saat ini, kurang dari 50 persen dari urutan tersebut diketahui.
"Ketika kita menyusun kembali sebuah genom, kita tidak bisa mengurutkan seluruh kromosom secara utuh; kita hanya bisa mengurutkan sedikit demi sedikit, dan kemudian kita harus menjahitnya kembali," kata Adam Phillippy, penulis utama salah satu studi baru dan peneliti senior di National Human Genome Research Institute.
"Dan seperti merekonstruksi teka-teki, bagian yang berulang-ulang dan terlihat sama adalah bagian yang paling sulit, dan Anda menyimpannya untuk bagian akhir," imbuhnya.
Menggunakan kombinasi teknologi pengurutan DNA dan pembelajaran mesin mutakhir, serta wawasan yang diperoleh dari pengurutan 23 kromosom manusia lainnya, tim Phillippy mampu menyusun kromosom Y secara lengkap.
Mereka menemukan kromosom ini mengandung 62.460.029 pasangan basa DNA, pasangan "huruf" yang membentuk anak tangga DNA. Jumlah tersebut 30 juta lebih banyak daripada genom referensi terbaru, GRCh38, yang terus diperbaiki selama 20 tahun terakhir.
Tim mengoreksi kesalahan pada GRCh38 dan menemukan struktur lengkap dari beberapa keluarga gen, seperti DAZ dan RBMY, yang terlibat dalam produksi sperma.
Mereka juga mengidentifikasi 41 gen pengkode protein baru dan memberikan wawasan tentang wilayah non-kode yang dikenal sebagai DNA satelit, yang tidak membawa cetak biru untuk protein serta sekuens yang sering disalahartikan sebagai DNA bakteri di masa lalu.
Cara pemetaan kromosom di halaman berikutnya...
Cara Pemetaan Kromosom Y
Ilustrasi. Pengurutan kromosom Y punya banyak manfaat medis buat manusia.(Foto: iStock/appledesign)
Dengan menggunakan pelajaran yang mereka pelajari dalam membangun genom baru ini, yang disebut T2T-Y, tim ini kemudian mengembangkan perangkat lunak yang disebut Verkko.
Perangkat ini dapat digunakan untuk menyusun urutan lengkap kromosom tambahan secara efisien. Hal ini penting karena T2T-Y dibangun hanya dari satu kromosom Y donor, sehingga tidak memberikan gambaran lengkap tentang bagaimana kromosom ini dapat bervariasi di antara orang-orang.
Dalam penelitian terpisah, para ilmuwan menggunakan Verkko untuk menyusun kromosom Y sepenuhnya dari 43 pria dari populasi di seluruh Afrika, Amerika, Asia, dan Eropa yang menyumbangkan sampel DNA ke Proyek 1000 Genom, sebuah proyek internasional untuk membuat katalog variasi genetik manusia.
Urutan-urutan ini mencerminkan tingkat keragaman modern pada kromosom Y, dengan 43 kromosom dan T2T-Y yang memiliki nenek moyang sama sekitar 183.000 tahun lalu.
Urutannya berkisar antara 45,2 juta hingga 84,9 juta pasangan basa, dan jika digabungkan, mereka menunjukkan kromosom Y secara substansial telah terdiversifikasi dalam ukuran dan strukturnya selama ini.
Charles Lee, penulis senior studi pendamping dan direktur ilmiah serta profesor di Jackson Laboratory for Genomic Medicine mengatakan secara khusus, tim menemukan variasi yang mengejutkan pada daerah kromosom yang berulang.
Dia menjelaskan kromosom Y mengandung blok terbesar dari DNA yang terkondensasi dan tidak dikodekan, lebih dikenal sebagai heterokromatin, di seluruh genom manusia.
Wilayah ini terutama terdiri dari dua urutan DNA berulang, yang diatur secara berbeda di antara peserta dalam penelitian ini tetapi selalu muncul dalam rasio 1 banding 1 yang sama, dalam hal berapa kali mereka ditemukan dalam kromosom.
"Bagi saya, hal ini menunjukkan beberapa signifikansi fungsional yang belum diketahui untuk wilayah kromosom ini," kata Lee.
Memang, para ilmuwan tidak lagi menganggap heterokromatin sebagai DNA "sampah", dengan penelitian terbaru yang menunjukkan bahwa heterokromatin dapat memainkan peran penting dalam sel, dan bahkan mungkin berkontribusi pada evolusi otak manusia.
Dalam makalahnya, Phillippy dan timnya menulis genom referensi yang ada saat ini perlu diperbarui dan label yang sesuai harus diberikan pada setiap daerah kromosom Y yang baru diidentifikasi.
Tim Lee berharap dapat mempelajari lebih lanjut tentang dampak fungsional dari variasi struktural pada kromosom Y terhadap kesehatan dan penyakit, serta kemungkinan kaitannya dengan evolusi manusia.
Kerstin Howe, kepala genomik produksi di Wellcome Sanger Institute yang tidak terlibat dalam penelitian ini, menegaskan pentingnya kemajuan ini.
"Merakit urutan lengkap 43 kromosom Y melintasi ruang dan waktu tidak hanya membantu kita untuk menyelidiki evolusi kromosom seks, tapi juga evolusi manusia secara umum," kata Kerstin.
Sementara, untuk mengembangkan terapi baru untuk mengobati penyakit yang mungkin terkait dengan kromosom Y, Phillippy mengatakan ini adalah jalan yang panjang dari memiliki genom hingga mengembangkan, menyetujui, dan meluncurkan semacam terapi tapi ia tetap optimis.
"Ini seperti cetak biru yang sedang kita lihat, dan jika ada lubang yang lengkap di dalamnya, Anda mungkin tidak tahu harus mulai dari mana. Tetapi dengan mengisinya, kita memiliki gambaran yang lengkap," kata Phillippy.
