Сперма старых крыс передает потомству меньше активных генов из-за эпигенетических изменений

Сперма старых крыс отличается от спермы молодых крыс, что может влиять на развитие эмбриона.

Сперма несет не только гены, но и инструкции, определяющие, какие гены будут включены или выключены у потомства. Эти инструкции известны как эпигенетическая информация.

У изученных крыс возраст оказал глубокое влияние на активность многих генов в сперме. Возраст повлиял на два эпигенетических механизма: метилирование ДНК (химическое изменение ДНК, блокирующее определенные гены) и малые РНК (другой метод подавления генов).

В развитых странах возраст первого ребенка постоянно увеличивается. В США число отцов в возрасте 35–44 лет за последние три десятилетия выросло на 50%. Обратная сторона этой тенденции — повышенный риск неблагоприятных состояний здоровья у детей, зачатых отцами старшего возраста.

К этим состояниям относятся различные формы рака, шизофрения, расстройства аутистического спектра, биполярное расстройство и СДВГ.

Качество информации, передаваемой спермой, снижается с возрастом. Однако до сих пор неясно, происходят ли эти изменения из-за накопления мутаций или других механизмов. Наши данные по крысам предполагают, что одной из причин являются эпигенетические изменения.

Результаты исследования

В эксперименте собирали сперму у крыс возрастом 65 дней и 120 дней (что примерно соответствует 20–25 и 40–45 годам у людей). Анализ с помощью методов на основе секвенирования ДНК показал, что у старых крыс эпигенетический профиль спермы сильно отличался от профиля молодых крыс.

• У старых крыс 5 319 сайтов ДНК имели разный уровень метилирования. Этого количества достаточно, чтобы повлиять на 5% всех генов крысы.
• Концентрации малых РНК также различались. 3,6% всех идентифицированных малых РНК были другими у старых крыс. Как и метилирование ДНК, изменения в малых РНК могут влиять на активность множества генов.

С помощью вычислительных алгоритмов были идентифицированы гены, на которые влияют эти эпигенетические механизмы: 3 066 генов регулировались метилированием ДНК и 4 950 генов — малыми РНК, с существенным перекрытием. Большинство этих генов регулируют эмбриональное развитие, включая развитие мозга и других органов.

Значение и перспективы

Исследование анализировало только сперму, а не потомство. Но знание того, какие гены, вероятно, будут выключены и какие функции они выполняют, позволяет предсказать, что пойдет не так в развитии детенышей, зачатых от старых крыс. Если тот же механизм существует у людей, эпигенетические изменения в сперме могут частично объяснять повышенный риск определенных заболеваний у детей, зачатых отцами старшего возраста.

Появляющиеся исследования показывают, что аналогичные возрастные изменения действительно происходят в человеческой сперме. Однако эпигенетическое изучение спермы человека находится в зачаточном состоянии. В отличие от генетической информации, которая фиксирована, эпигенетическая информация очень гибка и может изменяться под влиянием образа жизни и факторов окружающей среды.