Eine unverzichtbare Region unserer Chromosomen verändert sich sehr viel schneller, als man sich vorstellen könnte.
Eine umfassende Analyse menschlicher Zentromere zeigt, dass ihre DNA im Durchschnitt 16,4-mal schneller mutiert als die untersuchten benachbarten Regionen. Dieser Teil des Chromosoms muss jedoch bei jeder Zellteilung korrekt funktionieren.
Das Zentromer ist die eingeschnürte Region, die man häufig auf Darstellungen von Chromosomen erkennt. Wenn sich eine Zelle teilt, bildet sich dort eine Struktur namens Kinetochor. Sie dient als Ansatzpunkt für die Fasern, die die Kopien des Chromosoms in die beiden entstehenden Zellen ziehen.
Diese Regionen sind mit klassischen Sequenzierungsmethoden schwer zu lesen. Ihre DNA enthält sehr lange Reihen sich wiederholender Motive, was dem Zusammensetzen eines Puzzles aus Tausenden fast identischen Teilen entspricht. Moderne Verfahren, die große DNA-Fragmente lesen, ermöglichen inzwischen deutlich vollständigere Karten dieser Regionen.
Shenghan Gao und seine Kollegen haben 2.110 Zentromere von Personen aus fünf Kontinenten und 28 Bevölkerungsgruppen zusammengesetzt und untersucht. Sie identifizierten 226 bislang unbekannte große Varianten sowie 1.870 neue Varianten in den langen, für diese Regionen charakteristischen Wiederholungssequenzen.
Die Vielfalt betrifft auch ihre Größe. Auf Chromosom 6 beobachteten die Autoren zwischen den kleinsten und größten Assemblierungen einen Unterschied von bis zu Faktor 21,5. Chromosom 18 weist dagegen eine maximale Differenz von 6,3 Millionen Basenpaaren auf, den Einheiten, aus denen die DNA-Sequenz besteht.
Anschließend schätzten die Forschenden, wie schnell sich diese Sequenzen im Laufe der Generationen verändern. Im Durchschnitt erreichen die Wiederholungsregionen der Zentromere eine Mutationsrate von 4,07 × 10⁻⁷ Mutationen pro Basenpaar und Generation. Diese Rate ist 16,4-mal höher als die der einzigartigen DNA-Abschnitte rund um die Zentromere.
Nicht alle Chromosomen folgen demselben Tempo. Das Zentromer des Y-Chromosoms weist die niedrigste gemessene Rate auf, das von Chromosom 1 die höchste. Der Unterschied zwischen beiden beträgt Faktor 20,1. Die Autoren überprüften ihre Schätzungen außerdem anhand einer Familie mit 28 Personen, die über vier Generationen hinweg untersucht wurde.
Diese Kartierung eröffnet nun den Zugang zu Genomregionen, die lange unvollständig geblieben waren.