Γνωρίζουμε πώς το σπέρμα θυμάται και μεταδίδει χαρακτηριστικά μη κωδικοποιημένα από DNA στα έμβρυα

Μελέτες σε θηλαστικά έχουν δείξει ότι οι «αναμνήσεις» των διαφόρων περιβαλλοντικών επιπτώσεων –όπως η διατροφή, το βάρος και το στρες– μπορούν να μεταφερθούν από τους πατέρες στους απογόνους, παρά το γεγονός ότι αυτές οι επιπτώσεις δεν έχουν κωδικοποιηθεί στις αλληλουχίες DNA που μεταφέρονται από το σπέρμα. P>

Χάρη σε μια μελέτη του 2021, έχουμε μια εξήγηση για το πώς είναι δυνατόν.

Η ιστορία έχει να κάνει πολύ με την επιγενετική. Τα μόρια που προσκολλώνται στο DNA μπορούν να λειτουργήσουν σαν διακόπτες on-off που ελέγχουν ποια τμήματα του DNA χρησιμοποιούνται – αλλά μέχρι το 2021, δεν γνωρίζαμε ποια από αυτά τα μόρια μπορεί να φέρει τις ρυθμίσεις που χαρακτηρίζονται από τις εμπειρίες ζωής ενός πατέρα, για να ενσωματωθούν σε ένα έμβρυο μέσω σπέρματος.

«Η μεγάλη ανακάλυψη με αυτή τη μελέτη είναι ότι εντόπισε ένα μέσο που δεν βασίζεται σε DNA με το οποίο το σπέρμα θυμάται το περιβάλλον του πατέρα (διατροφή) και μεταδίδει αυτές τις πληροφορίες στο έμβρυο», δήλωσε η επιγενετική Sarah Kimmins του Πανεπιστημίου McGill το 2021.

Χρησιμοποιώντας ποντίκια, η επιγενετίστρια Ariane Lismer και οι συνεργάτες της κατάφεραν να αποδείξουν ότι τα αποτελέσματα μιας δίαιτας με έλλειψη φυλλικού οξέος θα μπορούσαν να μεταδοθούν αλλάζοντας τα μόρια ιστόνης στο σπέρμα. Με απλά λόγια, οι ιστόνες είναι πραγματικά βασικές πρωτεΐνες που το DNA περιστρέφεται για αποθήκευση χωρίς μπερδέματα.

Στα θηλαστικά, όταν τα αρσενικά σώματα χτίζουν σπέρμα, πετούν έξω τα περισσότερα από τα καρούλια ιστόνης, για να επιτραπεί η πιο σφιχτή συσκευασία.

Ωστόσο, παραμένει ένα μικρό ποσοστό (1 τοις εκατό σε ποντίκια και 15 τοις εκατό στον άνθρωπο), παρέχοντας σκαλωσιά για το DNA σε περιοχές που είναι ειδικές για τη δημιουργία και τη λειτουργία του σπέρματος, το μεταβολισμό και την ανάπτυξη εμβρύων - για να επιτρέψουν στους κυτταρικούς μηχανισμούς να χρησιμοποιήσουν αυτές τις οδηγίες DNA.

Η χημική τροποποίηση αυτών των ιστονών –η πιο κοινή μορφή είναι η μεθυλίωση– είναι αυτή που επιτρέπει ή εμποδίζει το DNA να «διαβαστεί» έτσι ώστε να μπορεί να μεταγραφεί σε πρωτεϊνικά προϊόντα. Η κακή διατροφή μπορεί να προκαλέσει αυτές τις ιστόνες να αλλάξουν την κατάσταση μεθυλίωσης τους.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ακούμε για τη σημασία του φυλλικού οξέος για τις γυναίκες κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης:Το φυλλικό οξύ μιας μητέρας βοηθά στη σταθεροποίηση της μεθυλίωσης του DNA στα μικρά τους.

Ταΐζοντας αρσενικά ποντίκια με δίαιτα με έλλειψη φυλλικού οξέος από τη στιγμή που απογαλακτίστηκαν, οι ερευνητές μπόρεσαν να παρακολουθήσουν τις αλλαγές στις ιστόνες από το σπέρμα του αρσενικού και στα έμβρυα που προέκυψαν. Και πράγματι, αλλαγές ιστόνης σπέρματος ήταν επίσης παρούσες στο αναπτυσσόμενο έμβρυο.

"Κανείς δεν ήταν σε θέση να παρακολουθήσει πώς αυτές οι κληρονομικές περιβαλλοντικές υπογραφές μεταδίδονται από το σπέρμα στο έμβρυο στο παρελθόν", δήλωσε ο Lismer το 2021.

Η ομάδα ανακάλυψε επίσης ότι αυτές οι επιπτώσεις θα μπορούσαν να είναι σωρευτικές και να οδηγήσουν σε αύξηση της σοβαρότητας των γενετικών ανωμαλιών.

Είναι ενδιαφέρον ότι τα γενετικά ελαττώματα που παρατηρούνται στα ποντίκια, συμπεριλαμβανομένης της υπανάπτυξης κατά τη γέννηση και των ανωμαλιών της σπονδυλικής στήλης, είναι καλά τεκμηριωμένα σε ανθρώπινους πληθυσμούς με ανεπάρκεια φολικού οξέος.

Οι ερευνητές ελπίζουν ότι η επέκταση των γνώσεών μας για τους μηχανισμούς κληρονομικότητας θα αποκαλύψει πρόσθετους τρόπους θεραπείας και πρόληψης τέτοιων καταστάσεων. Αλλά υπάρχουν πολλά περισσότερα που πρέπει να επεξεργαστείτε μέχρι τότε.

"Τα επόμενα βήματά μας θα είναι να προσδιορίσουμε εάν αυτές οι επιβλαβείς αλλαγές που προκαλούνται στις πρωτεΐνες του σπέρματος (ιστόνες) μπορούν να επισκευαστούν. Έχουμε νέα συναρπαστική εργασία που υποδηλώνει ότι αυτό είναι πράγματι έτσι", δήλωσε ο Kimmins.

Αυτή η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Developmental Cell .

Μια έκδοση του άρθρου δημοσιεύθηκε για πρώτη φορά τον Μάρτιο του 2021.