Сперматозоиды оказались способны восстанавливать повреждения ДНК

Ученые выяснили, что активность генов в сперматозоидах человека позволяет им восстанавливать ДНК, прежде чем передать ее следующему поколению. Статья исследователей опубликована в журнале Cell.

Более ранние работы показали, что сперматозоиды человека активируют до 90% содержащихся в них генов. Это характерно для других видов животных и даже насекомых. У клеток большинства органов активны обычно около 60% генов. Этого достаточно, чтобы она выполняла свою работу. Такое не похожее ни на что количество активных генов у сперматозоидов уже давно интересовало ученых.

Новая работа исследователей из Нью-Йоркского, Техасского и Колумбийского университетов показывает причины этого различия. Авторы выяснили, что эти гены вместе позволяют восстанавливать ДНК и защитить целостность генетической информации, передающейся следующему поколению.

«Мы также обнаружили, что такая репарация в сперматозоидах менее активна в генах, которые активируются или транскрибируются реже, — объясняет профессор кафедры биохимии и молекулярной фармакологии медицинского факультета Нью-Йоркского университета Итай Янай. — Это подтверждает теорию, что эволюция использует частоту транскрипции как рычаг. Одни гены в этом случае сохраняются, а другие изменяются, чтобы обеспечить выживание организма».

Примером таких генов могут быть участки, связанные с иммунитетом. Это объясняется тем, что он должен постоянно развиваться, так как организм должен распознавать и атаковать постоянно меняющиеся бактерии и вирусы.

Для проведения нового исследования авторы проанализировали закономерности экспрессии генов во время созревания сперматозоидов. Сначала они собрали образцы тканей яичек человека, взятые из биоптатов добровольцев. Используя микрофлюидное устройство, ученые затем пропускали все клетки по специальной трубке.

Внутри трубки каждая клетка помещалась в свою собственную каплю воды, которая действовала как мини-тестер. Ферменты внутри каждой капли «открывали» клетку и прикрепляли метки к каждому транскрибированному фрагменту генетического материала. Меченые транскрипты затем использовались для создания карт, гены которых включались в каждой точке созревания сперматозоидов. Затем группа сопоставила эти результаты с известными вариациями ДНК в популяционных базах данных человека, чтобы оценить, как часто «ремонтировался» данный ген.

Исследователи обнаружили, что гены, активированные даже несколько раз во время развития сперматозоидов, содержали на 15-20% меньше ошибок кода ДНК, чем неэкспрессированные гены. Такой эффект авторы обуславливают транскрипционно-связанной репарацией. Этот процесс заменяет дефектные участки ДНК непосредственно перед транскрипцией. Транскрипты РНК затем считываются для построения белков.

Новая работа может пролить свет на причины многих генетических заболеваний, связанных с изменениями в сперматозоидах стареющих отцов. Мужские репродуктивные клетки, как известно, делятся и размножаются на протяжении всей жизни человека, и каждый новый цикл в них возникают ошибки. По словам авторов работы, их исследование может помочь создать датчики, которые проводят сканирование мужских половых клеток в реальном времени на предмет неблагоприятных генетических изменений.