Laiem avalikkus teab Y-kromosoomi eeskätt põhjusena, mis teeb meestest mehed. Muu hulgas asub seal SRY-geen, mis käivitab loote arengu käigus munandite tekke ja paneb keha testosterooni tootma. “Seda, et meil oli puudu enam kui pool Y-kromosoomist, ei teadnud ilmselt paljudki teadlased, rääkimata tavainimestest või sellest, miks võiks see üldse oluline olla,” meenutas Pille Hallast, USA-s tegutseva Jacksoni genoomilise meditsiini labori (JAX) teadur.
Teadlased said Y-kromosoomi otsast otsani järjestamisega hakkama alles 2023. aastal. Peamine põhjus peitus sekveneerimistehnoloogias. Varasemate seadmetega sai lugeda vaid lühikesi DNA-lõike. Suur osa Y-kromosoomist koosneb aga identsetest geneetilistest mustritest, mis korduvad sadu tuhandeid kordi. Teadlased pidid kokku panema justkui tuhandetükilist puslet, mille enamik tükke on ühtlaselt valkjad.
Peale selle pole meeste sugukromosoomidel rakkude jagunemisel samaväärset partnerit, kellega geene vahetada. Seega peab Y-kromosoom end ise parandama, hoides selleks geene tohututes peegelpildistes kordustes ehk palindroomides. Taolise struktuuri tõttu oli raske eristada, milline koopia kus asub.
Üllatavama tahuna tuli uuringu toel välja, et mõne mehe X-kromosoom saab hiilata ligi 85 miljoni nukleotiidipaariga, teisel piirdub see aga tagasihoidliku 45 miljoniga. “Need mehed, kellel on väga väikesed või väga suured Y-kromosoomid, olid ikkagi erakordselt haruldased. See vihjab, et need ei pruugi mingil põhjusel head olla ning keskmine on parem,” sõnas teadur
Värsketele tulemustele toetudes ei soovita ta muretseda kuulduste pärast, nagu oleks Y-kromosoom evolutsiooniliselt kaduv nähtus. Ühelt poolt on see ligikaudu 180 miljoni aastaga kaotanud tõesti suurema osa oma algsetest geenidest ja kahanenud võrreldes X-kromosoomiga kääbuseks. Aastaid oletasid seetõttu mõned uurijad, et sama tempo jätkudes võib see viie miljoni aasta pärast täielikult kaduda.
Värskemate genoomiandmete põhjal saab aga väita, et lagunemine peatus tegelikult juba kümneid miljoneid aastaid tagasi. “Võib-olla me oleme lihtsalt evolutsiooniga jõudnud sinna kohta, et Y on kahanenud oma minimaalse funktsionaalse sisuni. See peab seal olemas olema, aga kas seal on ka hulganisti nn rämpsu, mis näiliselt midagi ei tee, polegi ehk sedavõrd oluline,” arutles Hallast.
Samal ajal annab kromosonaalne üksindus sugukromosoomile vabaduse ulatuslikeks sisemisteks ümberkorraldusteks, mida teistes kromosoomides ei soosita. “Näiteks toimub Y-kromosoomis hästi palju inversioone, mis muudavad suurte kromosoomitükkide orientatsiooni. Kuni neis tükkides olev geen selle käigus kahjustada ei saa, ei tulegi sellest midagi nii väga hullu,” sõnas teadur.
Mehised tervisemõjud
Ehkki Y-sugukromosoom paistab silma erakordselt madala valke kodeerivate geenide osakaalu ja hiiglasliku mittekodeeriva kordus-DNA (heterokromatiini) mahu poolest, nentis Pille Hallast, et selle mõju tervisele ei saa alahinnata.
Näiteks kipub Y-kromosoom vanemate meeste valgetest verelibledest sootuks kaduma. Varem nägid teadlased sellist kadu ohutu anomaaliana, kuid kogu organismi tasandil võivad olla sellel rängad tagajärjed. “Y-kromosoomi kadumist vererakkudest on seostatud suurema Alzheimeri ja vähiriskiga, lühema eluea ning südame- ja veresoonkonnahaigustega,” tõdes Hallast.
Seega on Y-kromosoomil immuunsüsteemis ja vähirakkude tõrjumisel arvatust sügavam tähendus. Teadlased oletavad, et kromosoomikadu loob vähkkasvajale soodsama keskkonna ja muudab haiguse invasiivsemaks. Tegu pole seega pelgalt genoomi üldise ebastabiilsuse markeriga, vaid see sisaldab elemente, mis on organismi pikemaajalisele kaitsevõimele hädavajalikud.
Nende oletuste kontrolli takistavad aga laborimeetodite piirid. Suur osa genoomianalüüsidest ei tugine elusatelt inimestelt võetud proovidele, vaid lümfoblastoidsetele rakuliinidele, mis on muudetud eritehnikatega sisuliselt surematuks. “Paraku see algmaterjal, mida me kasutame, ei tule tegelikult elusolevatelt inimestelt, vaid see on rakukultuur,” nentis Hallast: “See lisab meie töös ikkagi palju piire, et mida me saame järeldada.”
Uurimistööd pidurdab seegi, et teadlased ei suuda katseklaasis inimese spermatogeneesi ehk seemnerakkude küpsemist lõpuni viia. Seetõttu peavad teadlased leppima osaliste mudelite ja kaudsete järeldustega.
Lisaks võivad suuremad vead Y-kromosoomis laastada meeste viljakust. Näiteks asub AZFc piirkonnas mitu geeni, mille koopiad vastutavad otseselt mehe sigimisvõime eest. Osaliste deletsioonide ehk geenikadude tõttu kaovad mõned koopiad, mis omakorda pärsib seemnerakkude tootmist. Kui sellised varjatud defektid õigel ajal avastada, võiks muuta see viljatusravi oluliselt tulemuslikumaks.
Täiendava näitena leidis Hallast koos Tartu Ülikooli ja Suurbritannias asuva Sangeri instituudi teadlastega mõne aasta eest just ühe sellise mõjuga hiidinversiooni. Töörühm uuris toona paari tuhandet Eesti meest. Selgus, et üks kindel struktuurne variant, r2/r3, suurendab raskekujulise viljatuse riski ilmselt 8,6 korda.
Eestis kannab seda isaliini pidi umbes viis protsenti meestest, Kesk-Euroopas kohati isegi iga neljas. “Praeguste teadmiste põhjal ütleksin küll, et osa Eesti mehi võiks tõesti kaaluda noorena oma sperma panka panemist,” sõnas teadur.
Mineviku varjud
Taoliste kahjulike variantide laia levikut saab selgitada mitmeti. Näiteks r2/r3 variandi puhul kahtlustas Pille Hallast kollegidega, et tegu on vanusega süveneva spermaloome häirega. Noores täiskasvanueas võib seemnerakkude tootmine olla veel piisav, kuid aastate lisandudes langeb see alla kriitilise taseme. Kuna ajalooliselt sigitasid mehed lapsi varasemas nooruses, ei pruukinud see varasemal ajal avaldada märgatavat mõju.
Sellele lisanduvad sotsiaalsed ja kultuurilised mõjud. Hallasti osalusel 2015. aastal ilmunud uuring osutas, et ligi kaks kolmandikku tänapäeva Euroopa meesliinidest pärineb kõigest kolmest esiisast. Kõige levinumad haplogrupid hakkasid mandril jõudsalt hargnema alles 3500–7300 aastat tagasi. Kiviaja küttide-korilaste ja varajaste põlluharijate mitmekesine geneetiline pärand asendus kiiresti väheste valitsevate liinidega.
Pronksiaja põldurid ei pruukinud isegi naabreid või konkurente selleks isegi maha tappa – pikema aja peale oleks piisanud lihtsalt rohkematest järeltulijatest. Varajasel pronksiajal muutus kiiresti ka ühiskonnakorraldus ja esile kerkis uus eliit, mis andis kitsale meesterühmale tohutu paljunemiseelise. Sellega kaasnevalt vähenes ka Y-kromosoomi geneetiline mitmekesisus.
“Isegi kui nende geneetilisel materjalil on mingi nõrk negatiivne mõju, kaalub sotsiaalse struktuuri positiivne mõju selle laias laastus üles. Nii saab isegi selline kergelt negatiivse mõjuga geneetiline variant muutuda väga sagedaseks,” selgitas teadur.
Veelgi dramaatilisema näite leiab kaugemast ajaloost. Nüüdisinimeste esivanemad puutusid Euroopas ja Aasias kokku neandertallastega ja said nendega korduvalt ühiseid järeltulijaid. Tänapäeva inimeste autosoomses genoomis leidub tollest ajastust siiani umbes paari protsendi jagu neandertallaste pärandit. Meessugukromosoom on säärastest arhailistest jälgedest aga täiesti puhas.
Paradoksil on mitu selgitust. Ühe oletuse järgi andis inimese Y-kromosoom piisavalt tugeva bioloogilise eelise, mis aitas karmis evolutsioonivõitluses peale jääda. Kromosoom võis asenduda loodusliku valiku survel või ka keskkonnast tingitud puhta juhuse tõttu. Teisalt ei pruugi olla see geneetikute hinnangul lõplik tõde, sest laboritel napib endiselt kvaliteetset algmaterjali.
Vana DNA säilib kehvasti ja terviklikke arhailisi genoome on õnnestunud järjestada veel vähe. “Mingil hetkel võttis inimese Y-kromosoom neandertallaste Y-kromosoomi nii-öelda üle,” nentis Hallast. “Kas see oli kasulikum või mis põhjused seal olid, seda me veel kindlalt ei tea”.
Y-kromosoom tõotab muuta pildi inimkonna ajaloost keerukamaks ka muul moel. Kui nüüdisinimesed 50 000–70 000 aastat tagasi Aafrikast laialdasemalt välja rändasid, viisid nad endaga kaasa kolm peamist Y-kromosoomi liini. Neist põlvnevad kõik tänapäeva mitte-aafriklased. Klassikaliste rändemudelite järgi peaks nende geneetiline jälg olema kõige tugevam inimkonna algkodu vahetus naabruses: Lähis-Idas.
Kümnendi alguses tänapäevaseid isaliine analüüsides näitas Hallast kolleegidega aga hoopis midagi muud: Y-kromosoom on algupäraseim Ida- ja Kagu-Aasias. “Kõige vanem mitte-Aafrika Y-kromosoomi tüüp on tõesti seal Korea ja Jaapani kandis,” lausus Hallast. “See käib ootustele vastu. Loogiliselt mõeldes leiaksime sellised tüübid just Lähis-Idast või geograafiliselt Aafrikale lähedal asuvatest piirkondadest.”
Kuigi järeldused tekitasid teadlaskonnas kõvasti kihinat-kahinat, pole teaduri sõnul ilmunud seni veel ühtegi tööd, mis need veenvalt kahtluse alla seaks.
Juhuste rada tippteaduseni
PIlle Hallasti isiklik teekond maailma genoomika tippu kätkeb omajagu juhuseid. Pärast Tartu Ülikoolis doktorikraadi kaitsmist 2009. aastal suundus ta Inglismaale. Nimekas Sangeri instituudis keskendus uurija Y-kromosoomile valdkonna tippeksperdi Chris Tyler-Smithi juhendamisel .Pärast juhendaja pensionile jäämist võttis temaga ühendust JAX-i geneetik Charles Lee.
Kanada-Korea päritolu teadlane pööras 2004. aastal senised geneetikateadmised pea peale. Lee leidis, et inimese geenid ei esine rakus sugugi alati kahes koopias ja avastas genoomis laialdase koopiaarvu varieeruvuse, mis selgitab nii inimeste geneetilisi erinevusi kui ka paljude haiguste tekke tagamaid.
“See tuli nii selgest taevast, et mulle ei tulnud isegi kohe pähe, kes ta on. Ta kirjutas, kuidas nad tahavad Ameerikas täisgenoome kokku panna, aga keegi Y-kromosoomi ei vaata, ja kas võiksin sellega midagi pihta hakata,” meenutas Hallast: “Mul oli üks laps nelja-aastane, väiksem laps neljakuune ja see oli 2020. aasta sügisel keset koroonapandeemiat. Ütlesin alguses, et kõlab väga lahedalt, aga mina küll oma beebiga keset pandeemiat Ameerikasse ei koli.”
Teaduslikus vaates oli aga pakkumine piisavalt intrigeeriv, et pakkumine vastu võtta. Ühendriikide konsortsiumite suuremad eelarved lubavad kasutada uuemaid, kuid ka kallimaid pikkade lugemite tehnoloogiaid. Just neidsamu, mis sobivad hästi Y-kromosoomi uurimiseks.
“Võrreldes selle ajaga, kui doktorantuuri lõpetasin, pean oluliseks teisi asju, aga see Y-kromosoom on küll kuidagi südamelähedaseks saanud. […] Võib-olla kõlab see liiga süngelt, aga isiklikult arvan, et inimkond kaob õnneks enne Y-kromosoomi ära, arvestades, kuidas me praegu oma kodu eest hoolt kanname,” lisas Pille Hallast.
Kuula ka intervjuud Pille Hallastiga saates “Vikerhommik”, kus ta räägib nii oma teadustööst kui ka Tartus toimunud Geenifoorumist.
