Το ανδρικό αναπαραγωγικό σύστημα χρησιμεύει ως εστία για την εμφάνιση μεταλλαγμένων γονιδίων. Ίσως αυτό εξηγεί γιατί περισσότερες νέες μεταλλάξεις κληρονομούνται από τους πατέρες παρά από τις μητέρες. Δεν είναι γνωστό ωστόσο, γιατί οι πιο ηλικιωμένοι πατέρες μεταδίδουν περισσότερες μεταλλάξεις από τους νεότερους. Οι μηχανισμοί που θα μπορούσαν να αποτελούν τη βάση αυτών των καλά τεκμηριωμένων τάσεων παρέμειναν για καιρό ένα μυστήριο.
Τώρα, μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Ecology & Evolution από επιστήμονες του Πανεπιστημίου Ροκφέλερ περιγράφει γιατί οι ηλικιωμένες αρσενικές φρουτόμυγες είναι πιο πιθανό να μεταδώσουν μεταλλάξεις στους απογόνους τους, ρίχνοντας δυνητικά φως στον κίνδυνο κληρονομικής ασθένειας στους ανθρώπους.
Ερευνητές στο εργαστήριο του Li Zhao, που ήταν ο επικεφαλής της μελέτης, εξέτασαν μεταλλάξεις που συμβαίνουν κατά την παραγωγή σπέρματος από βλαστικά κύτταρα, γνωστές ως σπερματογένεση. Διαπίστωσαν ότι οι μεταλλάξεις είναι κοινές στους όρχεις τόσο των νεαρών όσο και των ηλικιωμένων φρουτόμυγων, αλλά πιο άφθονες σε μεγαλύτερη ηλικία εξ’ αρχής. Επιπλέον, πολλές από αυτές τις μεταλλάξεις φαίνεται να αφαιρούνται σε νεότερες μύγες φρούτων κατά τη διάρκεια της σπερματογένεσης από τους γονιδιωματικούς μηχανισμούς επιδιόρθωσης -αλλά αποτυγχάνουν να σταθεροποιηθούν στις ηλικιωμένες μύγες.
«Προσπαθούσαμε να ελέγξουμε εάν η πιο ηλικιωμένη βλαστική σειρά είναι λιγότερο αποτελεσματική στην επιδιόρθωση μεταλλάξεων ή αν αρχίζει απλώς πιο μεταλλαγμένη», είπε ο πρώτος συγγραφέας Evan Witt, υπολογιστικός βιολόγος στη Biomarin Pharmaceuticals. «Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι στην πραγματικότητα συμβαίνουν και τα δύο».
Τα γονιδιώματα διατηρούνται τακτοποιημένα χρησιμοποιώντας μια χούφτα μηχανισμών επιδιόρθωσης. Όταν πρόκειται για τους όρχεις, πρέπει να εργάζονται υπερωρίες διότι έχουν το υψηλότερο ποσοστό γονιδιακής έκφρασης από οποιοδήποτε άλλο όργανο. Επιπλέον, τα γονίδια που εκφράζονται σε μεγάλο βαθμό στη σπερματογένεση τείνουν να έχουν λιγότερες μεταλλάξεις από εκείνα που δεν εκφράζονται. Μια θεωρία που εξηγεί γιατί οι όρχεις εκφράζουν τόσα πολλά γονίδια υποστηρίζει ότι μπορεί να είναι ένα είδος μηχανισμού γονιδιωματικής επιτήρησης -ένας τρόπος για να αποκαλυφθούν και στη συνέχεια να εξαλειφθούν οι προβληματικές μεταλλάξεις. Αλλά όταν πρόκειται για ηλικιωμένο σπέρμα, τα λάθη είναι περισσότερα και προηγούμενη έρευνα υποδηλώνει ότι θα μπορούσε να ευθύνεται ένας ελαττωματικός μηχανισμός επιδιόρθωσης.
Για να καταλάβουν οι ερευνητές εάν οι μεταλλάξεις που εντόπισαν ήταν σωματικές ή κληρονομικές από τους γονείς των μυγών ή νέες (de novo) -που προέκυψαν από τη βλαστική σειρά της μεμονωμένης μύγας- ανέλυσαν την αλληλουχία του γονιδιώματος της κάθε μύγας. Κατάφεραν να τεκμηριώσουν ότι οι μεταλλάξεις ήταν πρωτότυπες. «Μπορούμε να πούμε ευθέως ότι αυτή η μετάλλαξη δεν υπήρχε στο DNA της ίδιας μύγας στα σωματικά της κύτταρα», είπε ο Witt. «Γνωρίζουμε ότι πρόκειται για μια de novo μεταλλάξεις».
Επειδή οι μύγες φρούτων έχουν υψηλό αναπαραγωγικό ρυθμό, η διερεύνηση των μοτίβων μετάλλαξής τους μπορεί να προσφέρει νέες γνώσεις για την επίδραση των νέων μεταλλάξεων στην ανθρώπινη υγεία και την εξέλιξη, είπε ο Zhao. Ο Witt πρόσθεσε: «Είναι σε μεγάλο βαθμό άγνωστο εάν μια πιο μεταλλαγμένη βλαστική σειρά αρσενικών είναι περισσότερο ή λιγότερο γόνιμη από μια λιγότερο μεταλλαγμένη. Δεν έχει γίνει πολλή έρευνα. Αν οι άνθρωποι κληρονομούν περισσότερες μεταλλάξεις από ηλικιωμένους πατέρες, αυτό αυξάνει τις πιθανότητες για de novo γενετικές διαταραχές ή ορισμένους τύπους καρκίνου».
