Science：新研究绘制出人类染色体特异性着丝粒图谱

来源：100医药网 2025-07-21 17:33

着丝粒由长串高度重复且快速进化的DNA组成，仍是人类基因组中最难解析和研究的区域之一。现有的实验研究表明，着丝粒在染色体分离中的功能主要由特化的染色质而非其内在的DNA决定。事实上，着丝粒处的DNA在不同的染色体、单倍型以及人群中均存在大小、结构和组成上的差异。这些固有复杂性，加上缺乏可扩展且可靠的方法来研究如此大规模的重复序列，阻碍了对其在个体和物种间的系统性研究、注释和比较。

除了基于序列比对或基序搜索的常见方法外，来自罗马大学的Luca Corda和Simona Giunta推测，利用保守DNA元件之间的基因组距离进行分析，可能有助于在高度重复区域开展研究。他们假设，尽管位于高度变异位点内，但由于其功能相关性，着丝粒蛋白B（CENP-B）的结合基序可能在个体间具有保守特性。类似于片段长度分析，该策略可通过将每个着丝粒的内容解码为数值，绕过内在DNA的复杂性。相关研究成果发表于《科学》杂志。

通过一系列计算方法，即基因组着丝粒分析（Genomic Centromere Profiling, GCP）管道，他们在最近发布的染色体级人类基因组组装中以碱基对分辨率定义了CENP-B盒的位置，并计算了相邻CENP-B盒之间的距离。他们在着丝粒DNA重复序列中发现了CENP-B盒的染色体特异性模式，该模式在不同单倍型和个体间显著保守，尽管内在DNA序列存在差异。

染色体特异性条形码揭示了人类中保守的祖先着丝粒结构

他们将他们的分析扩展到全基因组，并在所有染色体的着丝粒外区域发现了CENP-B盒的保守分布。这些着丝粒外序列（ECS）中这种结合基序的染色体特异性基因组位置、定位、分布和组装构成了一种保守模式，他们将其命名为 染色体特异性着丝粒图谱（centeny map） 。人类染色体特异性着丝粒图谱可用于快速注释和表征基因组组装。

GCP工具包提供了独特的计算工具，用于重新分类人类染色体簇、标记着丝粒扩张位点、识别结构变异和组装错误区域，以及进行快速读取检索和注释。通过比较非人类灵长类动物的着丝粒模式，他们发现相邻着丝粒位点之间的距离值具有保守性，尤其在进化上相关的物种中。

综上所述，在这项研究中，他们发现了一个埋藏在人类基因组中的祖先基因组架构。这种保守的染色体特异性框架使DNA序列能够基于保守且功能相关的基序之间的距离简化为数值，从而为染色体和着丝粒生成独特的条形码。他们利用这些条形码生成的GCP计算模型套件，不仅将促进进化和疾病中的着丝粒分析，还将用于从原始测序数据到重叠群（contigs）和序列组装的快速注释。此外，识别并表征与染色体臂上特定表观遗传状态相关的异着丝粒位点，表明CENP-B蛋白可能在着丝粒之外具有额外功能。这些发现为理解这种模式在着丝粒内外的进化动力学及其功能意义开辟了新途径。（100yiyao.com）

参考文献：

Luca Corda et al, , Science (2025). DOI: 10.1126/science.ads3484.