Najnowsze badanie naukowców z Instytutu Wellcome Sanger pokazuje, iż wraz z wiekiem mężczyzny w plemnikach zachodzą zmiany genetyczne częściej, niż dotąd sądzono. Lepsze poznanie mechanizmów stojących za tym procesem może w przyszłości umożliwić dokładniejszą ocenę ryzyka genetycznego potomstwa. Może również wyjaśnić, jak warunki środowiskowe i styl życia wpływają na dziedziczenie mutacji.
Mutacje genetyczne w plemnikach
Badanie wykazało, iż mutacje genetyczne w plemnikach powstają około osiem razy wolniej niż w komórkach krwi. Sugeruje to, iż organizm człowieka posiada szczególne mechanizmy ochronne, których celem jest zachowanie wysokiej jakości materiału genetycznego przekazywanego potomstwu.
Jednocześnie potwierdzono, iż w jądrach zachodzi proces selekcji komórkowej. Niektóre komórki z mutacjami zaczynają dzielić się szybciej niż komórki prawidłowe, stopniowo je wypierając. W ramach tego procesu naukowcy zidentyfikowali 40 genów uczestniczących w tzw. selekcji pozytywnej. 31 z nich zostało odkrytych po raz pierwszy, a 9 było znanych z wcześniejszych badań.
Wraz z wiekiem mężczyzny liczba zmutowanych plemników wzrasta, ponieważ zmienione komórki z czasem zajmują coraz większą część jądra. Najważniejszym wnioskiem badania jest to, iż u mężczyzn po 50. roku życia choćby 3–5% plemników może zawierać mutacje zdolne do wywołania poważnych chorób u dziecka, takich jak zaburzenia rozwojowe czy nowotwory. Jest to odsetek znacznie wyższy, niż wcześniej zakładano.
Badanie plemników
W badaniu uczestniczyło 75 mężczyzn w wieku od 24 do 75 lat. Na przestrzeni 12–13 lat pobrano od nich próbki krwi oraz nasienia. Umożliwiło to obserwację zmian genetycznych zachodzących w czasie.
Do analizy próbek zastosowano innowacyjną metodę sekwencjonowania NanoSeq. Jest to technika dupleksowa, polegająca na jednoczesnym odczycie obu nici DNA. Mutacja była uznawana za rzeczywistą tylko wtedy, gdy występowała na obu niciach, co znacząco ograniczało liczbę błędów technicznych. Dzięki tej metodzie zidentyfikowano ponad 35 000 mutacji w regionach kodujących białka (eksomie).
Jakość plemników u starszych mężczyzn
Badanie pokazuje, iż wzrost liczby wadliwych plemników u starszych mężczyzn nie wynika jedynie z nagromadzenia losowych mutacji w czasie, ale z selekcji pozytywnej zachodzącej na poziomie komórkowym. Niektóre mutacje dają komórkom macierzystym plemników przewagę proliferacyjną, dzięki czemu szybciej się dzielą i stopniowo wypierają zdrowe komórki w jądrach.
W męskiej linii zarodkowej dochodzi do mozaikowatości klonalnej. Oznacza to, iż zmutowane komórki tworzą rozrastające się klony, co powoduje, iż odsetek plemników niosących mutacje chorobotwórcze wzrasta z wiekiem szybciej, niż przewidywały dotychczasowe modele genetyczne.
Odkrycie to ma istotne konsekwencje kliniczne. Wykazano, iż część mutacji wcześniej uznawanych za bezpośrednią przyczynę chorób u dzieci w rzeczywistości sprzyja przeżyciu i namnażaniu się komórek rozrodczych ojca. Ich adekwatne rozróżnienie jest najważniejsze dla trafnej diagnostyki genetycznej.
Zastosowanie ultraprecyzyjnej metody NanoSeq umożliwiło identyfikację 31 nowych genów podlegających temu procesowi selekcji. Technologia ta pozwala wykrywać bardzo rzadkie mutacje, co otwiera drogę do dokładniejszej oceny ryzyka reprodukcyjnego u mężczyzn.
aWyniki badania opublikowano w czasopiśmie Nature.
