Эпигенетические изменения спермы возрастных мужчин могут влиять на здоровье их детей
Международная группа ученых показала, что с возрастом в сперматозоидах млекопитающих накапливаются генетические и эпигенетические (не затрагивающие последовательность ДНК) изменения, которые могут повлиять на активность некоторых генов и в результате — на здоровье потомков. В будущем еще предстоит выяснить, обратим ли этот процесс. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Human Reproduction Update.
Количество детей, родившихся от возрастных отцов, в современном мире увеличивается. Фертильность мужчин, то есть способность зачать ребенка, снижается с возрастом, однако, в отличие от женщин, они имеют шансы на естественное зачатие практически до самой старости. Сперматозоиды образуются при делении половых клеток-предшественников в течение всей жизни, в то время как у женщин запас будущих яйцеклеток окончательно формируется еще в материнской утробе. При делении клетки новые копии ДНК образуются на уже существующей, как на матрице, но иногда копирование происходит с ошибками. Большое количество новых делений — а их у мужчины насчитывается около 23 в год, то есть каждые 16 дней — сопровождается риском появления и новых мутаций. С возрастом клетки-предшественники сперматозоидов все больше делятся, а вместе с тем все больше накапливается и ошибок в их ДНК.
Причиной изменений в наследственном материале половых клеток могут быть не только мутации. Так, в течение жизни к генам иногда прикрепляются различные метки. Они не изменяют саму ДНК, но служат регуляторным сигналом: могут включить, выключить гены или изменить режим их работы. Такие метки называются эпигенетическими, то есть «над-генетическими». Есть предположение, что благодаря эпигенетическим изменениям в половых клетках родители могут передать потомству не только программу развития организма, заложенную в генах, но и информацию об окружающей среде, в которой детям предстоит расти и развиваться.
Ученые из НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ (Москва) Школы общественного здоровья и медицинских наук Массачусетского университета в Амхерсте (США) и Центра молекулярной медицины и генетики медицинского факультета государственного университета Уэйна (США) проанализировали и обобщили результаты исследований, посвященных возрастным эпигенетическим меткам в сперматозоидах млекопитающих и их влиянию на здоровье потомков. Одной из наиболее часто встречающихся эпигенетических модификаций является метилирование нуклеотида цитозина — присоединение небольшой метильной группы, состоящей из атома углерода и трех атомов водорода, к одному из «кирпичиков» нуклеиновой кислоты.
Исследования показали, что в генах, связанных с ранним развитием плода и психоневрологическими нарушениями, метилирование с возрастом изменяется, причем на одних участках количество «меток» увеличивается, а на других — снижается. Несколько научных коллективов смогли сконструировать достаточно точные (с погрешностью в полтора года) эпигенетические часы сперматозоидов, позволяющие определить биологический возраст мужчин. Более того, оказалось, что увеличение «эпигенетического» возраста связано с тем, что для естественного зачатия у здоровых семейных пар требуется больше времени. Также с помощью этих часов было показано, что курение ускоряет старение сперматозоидов.
Вскоре после оплодотворения у эмбриона происходит глобальное стирание метильных меток, доставшихся от родителей, но некоторые современные исследования говорят о том, что эпигенетические изменения в геноме сперматозоидов более пожилых отцов могут все-таки впоследствии наблюдаться и у потомков. Результаты продемонстрированы во многих исследованиях различных млекопитающих (мыши, крысы и быки) и в пока единичных исследованиях у человека.
Зачастую именно вспомогательные репродуктивные технологии, такие как ЭКО и ИКСИ, позволяют возрастным парам иметь детей. Поэтому авторы обзора задались вопросом, не влияют ли эти технологии сами по себе на эпигенетические изменения у плода. Одно из недавних исследований показало, что при искусственном введении выбранного сперматозоида в яйцеклетку (ИКСИ) эпигеном плода претерпевал более сильные изменения, чем при стандартном ЭКО, при котором сперматозоиды сами оплодотворяют яйцеклетку в пробирке.
«Биологическая роль эпигенетических изменений в половых клетках пока непонятна, но похоже, что млекопитающие таким образом передают следующему поколению различную информацию в зависимости от возраста родителей. Если мы поймем, как формируется эпигеном сперматозоидов и как он определяет здоровье потомства, то сможем влиять на здоровье ребенка еще до его зачатия», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Олег Сергеев, кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник НИИ ФХБ имени А. Н. Белозерского МГУ.