Радиационное повреждение ДНК отца передаётся потомству

Исследование на нематоде Caenorhabditis elegans показало, что повреждение ДНК зрелой спермы под действием радиации не восстанавливается, а передаётся потомству. В отличие от этого, яйцеклетки либо точно репарируют повреждения, либо, если повреждения слишком серьёзны, элиминируются.

При оплодотворении яйцеклетки сперматозоидом с радиационными повреждениями материнские репарационные белки из яйцеклетки пытаются восстановить отцовскую ДНК. Для этого используется высокоошибочный механизм репарации, который случайным образом соединяет разорванные фрагменты ДНК.

Эти случайные слияния приводят к структурным изменениям в отцовских хромосомах. Полученное потомство наследует эти хромосомные повреждения, а его собственное потомство демонстрирует серьёзные дефекты развития.

Механизм передачи повреждений

У потомства от облучённых самцов и здоровых самок наследуются структурные вариации — случайные соединения частей хромосом. Это приводит к повторным разрывам ДНК, которые уже не могут быть точно отрепарированы.

Повреждённые хромосомы защищены от точной репарации гистоновыми белками (HIS-24 и HPL-1), которые плотно упаковывают длинные нити ДНК. В такой плотной упаковке разрывы становятся недоступными для репарационных белков. Удаление этих гистоновых белков полностью устраняет унаследованное от отца повреждение и позволяет получить жизнеспособное потомство.

Релевантность для человека

Анализ данных из проекта 1000 Genomes и исландского проекта deCODE показал, что аналогичные структурные вариации хромосом специфически передаются от отцов, но не от матерей.

«Считается, что аберрации генома, особенно структурные вариации в хромосомах, возникающие в отцовской зародышевой линии, увеличивают риск таких расстройств, как аутизм и шизофрения», — отметил профессор Бьёрн Шумахер.

Это означает, что зрелую сперму человека необходимо особенно защищать от радиационных повреждений, а повреждённую сперму не следует использовать для зачатия. Подобные повреждения могут возникать во время радио- или химиотерапии.

Интересно, что такие структурные вариации хромосом были обнаружены как у диких нематод, так и в человеческой популяции. Это позволяет предположить, что повреждение зрелой спермы и неточная репарация отцовской ДНК в зиготе могут быть основными драйверами генетического разнообразия в эволюции и причиной генетических заболеваний у людей.

Исследование опубликовано в журнале Nature под заголовком "Inheritance of paternal DNA damage by histone-mediated repair restriction".