Spermie s pribúdajúcim vekom muža hromadia genetické mutácie, čím zvyšujú riziko prenosu chorôb na potomstvo. Vajíčka však majú špeciálnu ochranu.
Ilustračný obrázok (koláž). Zdroj: iStockphotos.com. Autor: monkeybusinessimages; koya79
Mužské spermie nielenže s pribúdajúcim vekom hromadia genetické mutácie, so zvyšujúcim sa percentom spermií nesúcich potenciálne závažné mutácie rastie aj riziko vzniku chorôb u potomstva. Vyplýva to z novej štúdie výskumníkov zo Sangerovho inštitútu a z King’s College London.
Tím sekvenoval vzorky spermií od jednotlivcov vo veku od 24 do 75 rokov pomocou veľmi presných technológií a zistil, že mužská zárodočná línia (línia buniek, ktoré produkujú spermie) je vystavená kombinácii mutácií a pozitívneho výberu. Vedci použili techniku duplexného sekvenovania s názvom NanoSeq, ktorá dokáže detegovať zriedkavé mutácie s veľmi nízkou mierou chybovosti. To im umožnilo analyzovať 81 vzoriek spermií od 57 darcov.
Proces nárastu mutácií
Výsledky štúdie ukázali, že mužské spermie pridávajú v priemere približne 1,67 nových genetických mutácií ročne. Zistenia však neboli zaujímavé len z dôvodu samotného hromadenia mutácií so stúpajúcim vekom, ale najmä z dôvodu, že mužská zárodočná línia podlieha tzv. pozitívnemu výberu.
V evolučnej biológii pozitívny výber neznamená, že ide o niečo dobré alebo zdraviu prospešné. Znamená to, že určitá mutácia dáva výhodu konkrétnym bunkám – v tomto prípade bunkám v semenníkoch, ktoré produkujú spermie. Bunky s takouto mutáciou sa dokážu rýchlejšie deliť a vytvárať viac spermií než ich nemutované susedky, takže sa tieto mutácie postupne šíria v mužskej zárodočnej línii.
Problém je v tom, že mnohé z týchto mutácií, ktoré sú „výhodné“ pre samotné bunky, môžu byť škodlivé pre potomstvo. Výskumníci prišli na to, že sa často vyskytujú v génoch spájaných s vývojovými poruchami alebo rakovinou v detstve. Inými slovami, bunky, ktoré sa v semenníkoch lepšie rozmnožujú, môžu zároveň častejšie produkovať spermie s genetickými zmenami, ktoré zvyšujú riziko závažných ochorení u detí.
„Očakávali sme, že nájdeme dôkazy o tom, že výber ovplyvňuje mutácie v spermiách,“ vysvetľuje Matthew Neville, spoluautor štúdie, ktorej výsledky boli publikované v časopise Nature. „Prekvapilo nás však, o koľko sa zvyšuje počet spermií nesúcich mutácie spojené so závažnými ochoreniami.“
Otcovské genetické hodiny
Výskumníci odhadli, že približne 3 až 5 percent spermií od mužov stredného a staršieho veku nesie nejakú potenciálne patogénnu mutáciu v exóme (kódujúcej časti genómu). To predstavuje vyššie riziko ako predchádzajúce odhady. V konkrétnejších číslach sa odhadovaný podiel u mužov v tridsiatke blížil k 2 percentám, zatiaľ čo u mužov v sedemdesiatke dosiahol približne 4,5 percenta.
Evolučne to ukazuje, že mužská zárodočná línia nie je len „stroj“, ktorý hromadí chyby. Existuje dynamický proces mutácií a výberu, ktorý môže modifikovať genetickú „kvalitu“ spermií so zvyšujúcim sa vekom otca. Z klinického hľadiska to však vyvoláva otázky týkajúce sa reprodukčného plánovania, genetického poradenstva a ďalších rizík spojených so starším otcom.
Autori tvrdia, že hoci sa percentá javia relatívne mierne, akumulácia nie je len lineárna, ale má i selekčnú zložku, ktorá uprednostňuje mutácie s potenciálom šírenia. Autori však upozorňujú, že samotná prítomnosť mutácie v spermiách nezaručuje, že bude skutočne zdedená alebo spôsobí ochorenie.
Mnohé takéto mutácie by mohli v prvom rade zabrániť oplodneniu, spôsobiť stratu embrya alebo sa klinicky neprejaviť. Stručne povedané, táto práca je upozornením na to, že otcovské „genetické hodiny“ tiež zohrávajú úlohu, a to komplexnejším spôsobom, ako sa doteraz predpokladalo.
Ženské vajíčka alebo oocyty môžu byť pred určitými mutáciami súvisiacimi s vekom jedinečne chránené. Zdroj: iStock/Drouk
Odolnosť ženských vajíčok proti starnutiu
Nedávna štúdia vedená Katerynou Makovou z Pennsylvánskej štátnej univerzity a Barbarou Arbeithuberovou z Univerzity Johannesa Keplera v Linzi naznačuje, že ženské vajíčka alebo oocyty môžu byť pred určitými mutáciami súvisiacimi s vekom jedinečne chránené.
Ponúkla tiež nový pohľad na to, ako si ženy udržiavajú plodnosť v neskoršom štádiu svojho života. Na rozdiel od väčšiny telesných buniek, ktoré časom akumulujú genetické zmeny, oocyty si zrejme udržiavajú svoju mitochondriálnu DNA stabilnú, hoci ženy starnú. Štúdia je publikovaná v časopise Science Advances.
Mitochondrie sú známe ako elektráreň bunky a sú zodpovedné za produkciu energie. Každá mitochondria nesie vlastnú DNA, ktorú zdedila matka. Zatiaľ čo väčšina mutácií mitochondriálnej DNA (mtDNA) je neškodná, niektoré môžu tiež narušiť produkciu energie vrátane svalových a nervových buniek. Doteraz sa vedci domnievali, že mutácie mtDNA sa môžu s pribúdajúcim vekom hromadiť vo vajíčkach žien, čo tiež ovplyvňuje plodnosť a zdravie potomstva. Nový výskum však naznačuje opak.
Ako prebiehala štúdia?
Výskumníci odobrali 22 ženám vo veku od 20 do 42 rokov 80 vajíčok a vzorky krvi a slín. Následne použili vysoko presné sekvenovanie DNA na preskúmanie prevalencie mitochondriálnych mutácií. Štúdia zistila, že zatiaľ čo mutácie mtDNA sa vekom zvyšovali v krvi a slinách, to isté sa v oocytoch nevyskytovalo. Ľudské vajíčka vykazovali 17- až 24-krát menej mutácií.
„Keď premýšľame o mutáciách súvisiacich s vekom, často predpokladáme, že staršie bunky nesú viac mutácií ako mladšie. Očakávanie však nemusí byť nevyhnutne pravdivé,“ hovorí Maková. „Zdá sa, že ľudské vajíčka sú chránené pred niektorými mutáciami súvisiacimi s vekom, čo by mohlo pomôcť vysvetliť, prečo sa ženy dokážu rozmnožovať i vo vyššom veku.“
Bolo niečo podobné objavené už predtým?
Tieto zistenia sa v skutočnosti zhodujú s predchádzajúcim pozorovaním makakov, kde výskumníci zistili, že mitochondriálne mutácie vo vajíčkach sa zvyšovali až do reprodukčného rozkvetu zvierat a potom sa ustálili.
To naznačovalo, že evolučný mechanizmus by mal chrániť reprodukčné bunky. „Zdá sa, že oocyty sa vyvinuli tak, aby znížili svoju mutačnú záťaž, čím sa zachovala produkcia energie a genetická integrita,“ vysvetľuje Maková.
Tento objav otvára nové dvere vo výskume plodnosti, keďže sa stále viac žien rozhoduje odložiť materstvo. To môže pomôcť pochopiť, ako si oocyty udržiavajú svoje mitochondriálne zdravie. Môže to tiež objasniť stratégie na zachovanie plodnosti a zlepšenie reprodukčných výsledkov. Ďalší výskum by mohol odhaliť presné molekulárne procesy jedinečnej odolnosti vajíčok.
Zdroj: Wired, Science Advances, Sanger Institute, Healthandme, Nature
(LDS)
