Sytuacja zmieniła się wraz z pojawieniem się platform do sekwencjonowania długich odczytów. Instrumenty Oxford Nanopore i PacBio generują odczyty, które mogą objąć całe macierze powtórzeń, a konsorcjum Telomere-to-Telomere (T2T) po raz pierwszy złożyło kompletne ludzkie genomy, które dokładnie uwzględniają te regiony .

Zaskakujący związek z rakiem

Jednym z najbardziej uderzających odkryć jest fakt, że powtórzenia SST1/NBL2 są często demetylowane w guzach – jest to utrata chemicznych grup metylowych, jedna z najczęstszych zmian epigenetycznych w ludzkich nowotworach . Ta demetylacja „budzi” powtórzenia. Gdy ich epigenetyczne wyciszenie zostaje zniesione, regiony te są aktywnie przepisywane .

W wyniku tej transkrypcji powstaje wcześniej nieznana cząsteczka: długi niekodujący RNA o nazwie TNBL (ang. Tumor-associated NBL2 transcript, czyli transkrypt NBL2 związany z guzem). W przeciwieństwie do wstępnych odkryć w raku jelita grubego, późniejsze prace wykazały, że TNBL tworzy okołojąderkowe agregaty i fizycznie oddziałuje z białkami zaangażowanymi w krytyczne procesy komórkowe, w tym z czynnikiem splicingu SAM68 i komponentami szlaku odpowiedzi na uszkodzenia DNA .

Badacze podkreślają, że nie ustalono jeszcze bezpośredniego łańcucha przyczynowego. Nie jest do końca jasne, czy TNBL aktywnie napędza powstawanie guzów, czy jest jedynie produktem ubocznym epigenetycznego chaosu na skalę całego genomu, który charakteryzuje komórki nowotworowe .

Translokacje robertsonowskie i zespół Downa

Sekwencje SST1/NBL2 znajdują się na krótkich ramionach chromosomów akrocentrycznych – regionach będących „gorącymi punktami” dla translokacji robertsonowskich. Jest to najczęstsza strukturalna rearanżacja chromosomowa u ludzi, zachodząca, gdy dwa chromosomy akrocentryczne łączą się w miejscu swoich centromerów. Gdy w procesie tym bierze udział chromosom 21, wynikiem może być dziedziczna forma trisomii 21, odpowiadająca za mniejszość (około 4%) przypadków zespołu Downa .

Nowe dane pozycjonują SST1/NBL2 jako marker dla strukturalnie wrażliwych „sąsiedztw” genomowych. Chociaż same powtórzenia nie są udowodnione jako bezpośrednia przyczyna tych translokacji, ich obecność i stan epigenetyczny mogą wpływać na stabilność otaczającej chromatyny .

Jak sekwencjonowanie długich odczytów odblokowało to odkrycie?

Cała ta dziedzina badań była praktycznie niemożliwa przed rozwojem sekwencjonowania długich odczytów. Technologie krótkich odczytów dzielą DNA na zbyt małe fragmenty, by objąć długie tandemowe powtórzenia, co powoduje, że odczyty są albo zwijane, albo odrzucane podczas składania genomu. Kluczowe postępy techniczne, które zmieniły zasady gry, obejmują:

• Kompletne złożenia genomu: Referencyjny genom ludzki T2T, zbudowany głównie z danych PacBio HiFi i Oxford Nanopore, ostatecznie wypełnił luki w krótkich ramionach chromosomów akrocentrycznych, gdzie znajdują się SST1/NBL2 .
• Bezpośrednie wykrywanie wariantów strukturalnych: W badaniach wykorzystano sekwencjonowanie nanoporowe przy niskim pokryciu, aby precyzyjnie określić punkty pęknięć zrównoważonych translokacji w regionach powtarzalnych, które były pomijane przez fluorescencyjną hybrydyzację in situ (FISH) i sekwencjonowanie krótkich odczytów .
• Odkrywanie transkryptów powtórzeń: Zdolność platformy Nanopore do sekwencjonowania pełnej długości cząsteczek RNA – bez etapu składania wymaganego przez krótkie RNA-seq – pozwala badaczom identyfikować transkrypty pochodzące z powtórzeń, takie jak TNBL, które są w inny sposób niewidoczne .

Droga naprzód: biomarkery i nie tylko

Badania wciąż znajdują się w fazie odkryć podstawowych, ale już rysują się implikacje kliniczne. Jeśli TNBL lub inne RNA pochodzące z makrosatelitów okażą się funkcjonalnie przyczyniać do rozwoju raka, mogłyby służyć jako biomarkery choroby – wykrywalne sygnały we krwi lub tkance – a nawet jako potencjalne cele terapeutyczne. Interakcje z maszynerią splicingu i naprawy DNA wskazują na szlaki, które mogą być „drukowalne”, czyli podatne na działanie leków .

Sekwencjonowanie długich odczytów umożliwia teraz badanie naturalnej zmienności ludzkiej w tych regionach – różnic w liczbie kopii powtórzeń, metylacji i ekspresji między osobnikami oraz między guzami – co będzie niezbędne do zrozumienia ich biologicznego znaczenia .

Na razie historia makrosatelitów SST1/NBL2 stanowi mocne przypomnienie, że znaczące rozdziały naszego własnego genomu wciąż pozostają nieprzeczytane. Narzędzia do ich odczytania wreszcie są w naszym zasięgu.

Sytuacja zmieniła się wraz z pojawieniem się platform do sekwencjonowania długich odczytów. Instrumenty Oxford Nanopore i PacBio generują odczyty, które mogą objąć całe macierze powtórzeń, a konsorcjum Telomere-to-Telomere (T2T) po raz pierwszy złożyło kompletne ludzkie genomy, które dokładnie uwzględniają te regiony .

Zaskakujący związek z rakiem

Jednym z najbardziej uderzających odkryć jest fakt, że powtórzenia SST1/NBL2 są często demetylowane w guzach – jest to utrata chemicznych grup metylowych, jedna z najczęstszych zmian epigenetycznych w ludzkich nowotworach . Ta demetylacja „budzi” powtórzenia. Gdy ich epigenetyczne wyciszenie zostaje zniesione, regiony te są aktywnie przepisywane .

W wyniku tej transkrypcji powstaje wcześniej nieznana cząsteczka: długi niekodujący RNA o nazwie TNBL (ang. Tumor-associated NBL2 transcript, czyli transkrypt NBL2 związany z guzem). W przeciwieństwie do wstępnych odkryć w raku jelita grubego, późniejsze prace wykazały, że TNBL tworzy okołojąderkowe agregaty i fizycznie oddziałuje z białkami zaangażowanymi w krytyczne procesy komórkowe, w tym z czynnikiem splicingu SAM68 i komponentami szlaku odpowiedzi na uszkodzenia DNA .

Badacze podkreślają, że nie ustalono jeszcze bezpośredniego łańcucha przyczynowego. Nie jest do końca jasne, czy TNBL aktywnie napędza powstawanie guzów, czy jest jedynie produktem ubocznym epigenetycznego chaosu na skalę całego genomu, który charakteryzuje komórki nowotworowe .

Translokacje robertsonowskie i zespół Downa

Sekwencje SST1/NBL2 znajdują się na krótkich ramionach chromosomów akrocentrycznych – regionach będących „gorącymi punktami” dla translokacji robertsonowskich. Jest to najczęstsza strukturalna rearanżacja chromosomowa u ludzi, zachodząca, gdy dwa chromosomy akrocentryczne łączą się w miejscu swoich centromerów. Gdy w procesie tym bierze udział chromosom 21, wynikiem może być dziedziczna forma trisomii 21, odpowiadająca za mniejszość (około 4%) przypadków zespołu Downa .

Nowe dane pozycjonują SST1/NBL2 jako marker dla strukturalnie wrażliwych „sąsiedztw” genomowych. Chociaż same powtórzenia nie są udowodnione jako bezpośrednia przyczyna tych translokacji, ich obecność i stan epigenetyczny mogą wpływać na stabilność otaczającej chromatyny .

Jak sekwencjonowanie długich odczytów odblokowało to odkrycie?

Cała ta dziedzina badań była praktycznie niemożliwa przed rozwojem sekwencjonowania długich odczytów. Technologie krótkich odczytów dzielą DNA na zbyt małe fragmenty, by objąć długie tandemowe powtórzenia, co powoduje, że odczyty są albo zwijane, albo odrzucane podczas składania genomu. Kluczowe postępy techniczne, które zmieniły zasady gry, obejmują:

• Kompletne złożenia genomu: Referencyjny genom ludzki T2T, zbudowany głównie z danych PacBio HiFi i Oxford Nanopore, ostatecznie wypełnił luki w krótkich ramionach chromosomów akrocentrycznych, gdzie znajdują się SST1/NBL2 .
• Bezpośrednie wykrywanie wariantów strukturalnych: W badaniach wykorzystano sekwencjonowanie nanoporowe przy niskim pokryciu, aby precyzyjnie określić punkty pęknięć zrównoważonych translokacji w regionach powtarzalnych, które były pomijane przez fluorescencyjną hybrydyzację in situ (FISH) i sekwencjonowanie krótkich odczytów .
• Odkrywanie transkryptów powtórzeń: Zdolność platformy Nanopore do sekwencjonowania pełnej długości cząsteczek RNA – bez etapu składania wymaganego przez krótkie RNA-seq – pozwala badaczom identyfikować transkrypty pochodzące z powtórzeń, takie jak TNBL, które są w inny sposób niewidoczne .

Droga naprzód: biomarkery i nie tylko

Badania wciąż znajdują się w fazie odkryć podstawowych, ale już rysują się implikacje kliniczne. Jeśli TNBL lub inne RNA pochodzące z makrosatelitów okażą się funkcjonalnie przyczyniać do rozwoju raka, mogłyby służyć jako biomarkery choroby – wykrywalne sygnały we krwi lub tkance – a nawet jako potencjalne cele terapeutyczne. Interakcje z maszynerią splicingu i naprawy DNA wskazują na szlaki, które mogą być „drukowalne”, czyli podatne na działanie leków .

Sekwencjonowanie długich odczytów umożliwia teraz badanie naturalnej zmienności ludzkiej w tych regionach – różnic w liczbie kopii powtórzeń, metylacji i ekspresji między osobnikami oraz między guzami – co będzie niezbędne do zrozumienia ich biologicznego znaczenia .

Na razie historia makrosatelitów SST1/NBL2 stanowi mocne przypomnienie, że znaczące rozdziały naszego własnego genomu wciąż pozostają nieprzeczytane. Narzędzia do ich odczytania wreszcie są w naszym zasięgu.