Различия в длине теломер отдельных хромосом проявляются уже при рождении

Длина теломер влияет на здоровье человека, но до сих пор не до конца понятно, как эта длина регулируется. В ходе репликации ДНК теломеры укорачиваются, их достраивает фермент теломераза. Если теломеры становятся короче нормы, это приводит к развитию ассоциированных с возрастом дегенеративных заболеваний — легочного фиброза, иммунной недостаточности. Напротив, длинные теломеры ассоциированы с развитием рака, а мутации, повышающие уровень экспрессии теломеразы, чаще всего встречаются в новообразованиях. Изучение регуляции длины теломер осложняет отсутствие общедоступного метода для ее измерения. В новой работе исследователи из США и Канады разработали новый метод профилирования теломер и выявили новые закономерности.

В основе нового метода лежит нанопоровое секвенирование. Авторы лигировали к концам теломер биотинилированные олигонуклетотиды, расщепили ДНК и изолировали теломеры с помощью стрептавидина. После чего теломеры высвободили и секвенировали MinION. Стоимость анализа одного образца составляет 80–140 долларов. Точность метода позволяла определить длину теломер почти до нуклеотида. С помощью биоинформатики авторы определяли длину как всех теломер, так и отдельных.

Исследователи определили длины теломер в мононуклеарных клетках периферической крови шести человек разного возраста. Они выявили те же тренды, что были продемонстрированы методом саузерн-блота. Авторы также показали высокую воспроизводимость результатов, в том числе при использовании в разных лабораториях разными людьми. В мононуклеарных клетках теломеры укорачиваются с возрастом, что показал и новый метод.

На диплоидной клеточной линии HG002 авторы изучили длины теломер отдельных хромосом. Прочтения длиной 16,4 т.п.н. (4,7 т.п.н. — теломеры и 11,7 т.п.н. — субтеломерные области) накладывали на доступный референсный геном. Среди 77 хромосомных концов, прошедших контроль качества, у 66 длины теломер значительно отличались от среднего. Были показаны различия между материнским и отцовским гаплотипами. При медиане длины теломер 4,7 т.п.н. различия гаплотипов 1pM и 1pP составили 6 т.п.н.

Длины теломер определили у 147 человек, в качестве референса использовали недавно выпущенный пангеном. Акроцентрические и половые хромосомы не учитывали. Длины отдельных хромосом сравнивали со средним значением. Оказалось, что 17p, 20q и 12p обычно имели самые короткие теломеры, а 4q, 12q и 3p — самые длинные. Причем эти различия присутствовали уже при рождении. Ранние работы тоже показывали, что различия в длине отдельных теломер видны уже при рождении. 

Механизм, который регулирует длину теломер, не до конца понятен, но авторы считают, что новый метод поможет его выявить.

Формированию теломер в местах разрывов ДНК препятствует киназа ATR