Международная группа во главе с российскими учеными узнала, как сперматозоиды крыс меняются с возрастом. У взрослых животных чаще, чем у молодых, происходит метилирование (подавление) участков генов, ответственных за внутриутробное развитие потомства, а значит, позднее отцовство может быть омрачено проблемами со здоровьем следующего поколения. Но если токсичные вещества попадают в организм будущего родителя в перинатальном возрасте, эти различия становятся не такими существенными: у молодых крыс также подавляются участки генов, ответственных за развитие эмбриона. Эти выводы могут иметь значение и для человека.
Наследственная программа спермы существенно меняется с возрастом и под воздействием загрязнений окружающей среды / ©Getty images
Результаты исследования опубликованы в журнале Epigenomics. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (РНФ). «Полученные результаты на животных моделях требуют подтверждения в исследованиях человека. Но если масштабные эпигенетические изменения, связанные с возрастом, обнаружатся и в сперматозоидах мужчин, это послужит серьезным доводом в поддержку предостережения “отложенного отцовства” в современном обществе», — говорит Олег Сергеев, кандидат медицинских наук, руководитель проекта по гранту РНФ, руководитель группы эпигенетической эпидемиологии Научно-исследовательского института физико-химической биологии (НИИ ФХБ) имени А. Н. Белозерского МГУ.
В современном мире остается актуальной проблема мужского бесплодия: этим недугом страдают около 10–20 процентов мужчин репродуктивного возраста. Кроме того, в последние 50 лет наблюдается общее снижение количества сперматозоидов в сперме мужчин западных стран, что связано со стрессом, неправильным питанием, воздействием загрязнителей окружающей среды, в том числе влиявших на родителей мужчин.
Усугубляет ситуацию тот факт, что люди все чаще откладывают рождение детей: сказывается экономическая нестабильность, стремление достичь карьерных высот, рост ожидаемой продолжительности жизни и многое другое. Хотя самообновление первичных половых клеток позволяет производить сперматозоиды всю жизнь, нормальному протеканию этого процесса препятствует накопление генетических и эпигенетических ошибок.
Эпигенетические изменения включают в себя химические модификации ДНК, которые не затрагивают саму нуклеотидную последовательность молекулы. Обычно они направлены на адаптацию организма к меняющимся условиям окружающей среды, но иногда носят губительный характер.
Все дело в специфике участков, где это происходит. Например, метилирование определенных участков ДНК сперматозоидов может быть связано с такими последствиями у потомства, как лейкемия, аутизм, синдром дефицита внимания и даже мертворождение. Это объясняется тем, что присоединение метильной группы к нуклеотиду цитозину в гене приводит к подавлению последнего.
Ученые из НИИ ФХБ имени А. Н. Белозерского МГУ вместе с коллегами решили проанализировать, как возраст влияет на метилирование ДНК. Для этого они собрали и изучили сперму самцов крыс на 65-й и 120-й день после рождения, что примерно соответствует подростковому и зрелому возрасту у людей. Кроме того, для исследования влияния загрязнителей одну из групп животных подвергли воздействию токсичного вещества в перинатальном периоде, охватывающем поздние стадии внутриутробного развития плода, роды и первые дни после рождения.
В результате исследования выяснилось, что в позднем возрасте происходит активное метилирование ДНК спермы на участках, ответственных за развитие эмбриона, в том числе его мозга. Следовательно, позднее отцовство может быть омрачено проблемами со здоровьем потомков. Среди крыс, подвергнутых воздействию такого загрязнителя окружающей среды как ингибитор («подавитель») горения тетрабромдифениловый эфир, метилирование было выше у крыс-подростков, чем у взрослых.
Таким образом, своеобразное «эпигенетическое старение» молодых особей сблизило их показатели метилирования ДНК спермы с таковыми у зрелых крыс. При этом возрастные модификации ДНК оказались схожими с изменениями малой некодирующей РНК, исследованными учеными прежде: в обоих случаях основному воздействию подверглись одни и те же гены, также наблюдался эффект сближения показателей у крыс разных возрастов при воздействии токсичного вещества.
«В дальнейшем предстоит проанализировать такие молекулярные механизмы, как модификация гистонов, замена гистонов на протамины и окислительный стресс, что позволит лучше понять эпигенетические изменения, вызванные возрастом и внешней средой», — подводит итог Александр Суворов, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник группы эпигенетической эпидемиологии НИИ ФХБ имени А. Н. Белозерского МГУ.
