De ce tații mai bătrâni transmit mai multe mutații genetice copiilor decât cei tineri?
Sistemul reproducător masculin servește drept punct fierbinte pentru apariția de noi gene. Poate așa se explică motivul pentru care mai multe mutații genetice sunt moștenite de la tați decât de la mame.
Cu toate acestea, nu clarifică motivul pentru care tații mai în vârstă transmit mai multe mutații genetice decât cei mai tineri. Mecanismele care ar putea sta la baza acestor tendințe bine documentate au rămas mult timp un mister.
Acum, un nou studiu publicat în revista Nature Ecology & Evolution, realizat de oamenii de știință de la Universitatea Rockefeller din New York, SUA, descrie motivul pentru care masculii mai în vârstă de musculițe de oțet (Drosophila melanogaster) au mai multe șanse de a transmite mutații genetice urmașilor, ceea ce ar putea explica riscul de boli moștenite la oameni.
Cercetătorii din laboratorul lui Li Zhao au studiat mutațiile care apar în timpul producerii spermei din celulele germinale, cunoscută sub numele de spermatogeneză.
Aceștia au descoperit că mutațiile genetice sunt frecvente atât în testiculele musculițelor de oțet, cât și în cele bătrâne, dar sunt mai abundente la musculițele bătrâne încă de la început. Multe dintre aceste mutații par să fie eliminate la musculițele tinere în timpul spermatogenezei de către mecanismele de reparare genomică ale organismului – dar nu reușesc să fie fixate în testiculele musculițele mai bătrâne.
Mai multe mutații noi sunt moștenite de la tați, decât de la mame
„Am încercat să testăm dacă linia germinală mai bătrână este mai puțin eficientă la repararea mutațiilor sau dacă linia germinală mai bătrână pur și simplu începe cu mai multe mutații”, spune primul autor, Evan Witt, biolog computațional la Biomarin Pharmaceuticals.
„Rezultatele noastre indică faptul că, de fapt, este vorba de ambele. În fiecare etapă a spermatogenezei, există mai multe mutații per moleculă de ARN la musculițele mai bătrâne decât la cele mai tinere.”
Genomurile se mențin în ordine folosind o mână de mecanisme de reparare. Atunci când vine vorba de testicule, acestea trebuie să lucreze, având cea mai mare rată de expresie genetică dintre toate organele.
Mai mult, genele care sunt foarte bine exprimate în spermatogeneză tind să aibă mai puține mutații decât cele care nu sunt. Acest lucru pare contraintuitiv, dar are sens. O teorie pentru a explica de ce testiculele exprimă atât de multe gene susține că ar putea fi un fel de mecanism de supraveghere genomică – o modalitate de a descoperi, și apoi de a elimina, mutațiile problematice.
Dar când vine vorba de spermatozoizii mai bătrâni, cercetătorii au descoperit că, aparent, acest dispozitiv de eliminare se stinge.
Mutații genetice moștenite sau mutații noi?
Cercetările anterioare sugerează că de vină ar putea fi un mecanism defectuos de reparare cuplat cu transcripția, care repară doar genele transcrise.
Pentru a obține aceste rezultate, oamenii de știință din cadrul Laboratorului de genetică și genomică evolutivă au făcut secvențierea monocelulară a ARN-ului din testiculele a aproximativ 300 de musculițe de oțet, aproximativ jumătate dintre acestea fiind tinere (48 de ore) și jumătate bătrâne (25 de zile), avansând o linie de investigație pe care au început-o în 2019.
Pentru a înțelege dacă mutațiile pe care le-au detectat au fost somatice, sau moștenite de la părinții muștelor, sau de novo – apărute în linia germinală a fiecărei muște – ei au secvențiat apoi genomul fiecărei musculițe. Au reușit să documenteze faptul că fiecare mutație a fost originală. „Putem spune direct că această mutație nu a fost prezentă în ADN-ul aceleiași musculițe în celulele sale somatice”, spune Witt. „Știm că este o mutație de novo”.
Această abordare neconvențională – care constă în identificarea mutațiilor genomice din secvențierea ARN-ului dintr-o singură celulă și apoi compararea lor cu datele genomice – le-a permis cercetătorilor să potrivească mutațiile cu tipul de celule în care au apărut.
Un mecanism defectuos?
„Este o modalitate bună de a compara încărcătura mutațională între tipurile de celule, deoarece le puteți urmări de-a lungul spermatogenezei”, spune Witt.
Următorul pas este de a extinde analiza la mai multe grupe de vârstă de muște și de a testa dacă acest mecanism de reparare a transcripției poate avea loc sau nu – și dacă da, de a identifica căile responsabile, spune Witt.
Deoarece musculițele de oțet au o rată de reproducere ridicată, investigarea modelelor lor de mutații poate oferi noi perspective asupra efectului noilor mutații în sănătatea și evoluția umană, spune Zhao, potrivit EurekAlert.
„În mare parte, nu se știe dacă o linie germinală masculină mai mutantă este mai mult sau mai puțin fertilă decât una mai puțin mutantă. Nu au existat foarte multe cercetări în acest sens, cu excepția celor la nivel de populație. Iar dacă oamenii moștenesc mai multe mutații de la tații bătrâni, acest lucru crește șansele de apariție a tulburărilor genetice sau anumitor tipuri de cancer”, spune Witt.
Vă recomandăm să mai citiți și:
Cercetătorii studiază mutațiile genetice la copiii cu „sindromul părului de nepieptănat”
Zborul în spațiu, asociat cu mutații ale ADN-ului și risc crescut de boli de inimă sau cancer
Majoritatea mutațiilor genetice „tăcute” sunt dăunătoare. Ce implicații complexe are descoperirea?