Naukowcy z Harvardu odkryli dziesiątki genów, które powodują mutacje w plemnikach i mogą mieć wpływ na potomstwo.

Mutacje genetyczne powodujące produkcję identycznych plemników — zjawisko znane jako ekspansja klonalna — są znacznie częstsze, niż wcześniej sądzono — wynika z nowego badania przeprowadzonego przez naukowców z Harvard Medical School (HMS) i opublikowanego w czasopiśmie Nature .

Zespół zidentyfikował geny odpowiedzialne za te ekspansje i ustalił powiązania z chorobami jednogenowymi, w tym niektórymi zaburzeniami neurorozwojowymi . Odkrycia te dostarczają nowych wskazówek dotyczących pochodzenia i dziedziczenia niektórych mutacji, a także mogą usprawnić badania genetyczne noworodków.

„Ekspansja klonalna plemników to znane zjawisko, ale odkryliśmy, że jest ono zaskakująco powszechne i może być spowodowane przez dziesiątki różnych genów” – wyjaśnia starszy autor Shamil Sunyaev, profesor informatyki biomedycznej w Instytucie Blavatnika na Uniwersytecie Harvarda.

Według badacza, wyniki ujawniają również, jak siły ewolucyjne kształtują mutacje genetyczne zarówno na poziomie indywidualnym, jak i populacyjnym. Uzupełniające badanie przeprowadzone przez Wellcome Sanger Institute, opublikowane tego samego dnia, wykazało również, że szkodliwe zmiany w komórkach macierzystych plemników – w tym ekspansja klonalna – nasilają się wraz z wiekiem u mężczyzn .

Ekspansje klonalne występują, gdy mutacja w komórce macierzystej zapewnia przewagę w rozwoju lub przeżyciu. W rezultacie komórka może produkować duże ilości genetycznie identycznych plemników, które konkurują z plemnikami bez mutacji. „Te mutacje są jak miecz obosieczny: pomagają komórkom macierzystym plemników w rozwoju, ale mogą powodować wyniszczające zaburzenia u potomstwa” – powiedział Mikhail Moldovan, współautor badania i pracownik naukowy HMS.

Do tej pory uważano, że te ekspansje są rzadkie i ograniczają się do kilku mutacji. Jednak zespół Sunyaeva przeanalizował DNA ponad 54 000 triów rodzic-dziecko oraz 800 000 zdrowych osób, znajdujących się w publicznych bazach danych, i uzyskał zupełnie inny obraz.

Naukowcy zidentyfikowali 40 genów, które napędzają ekspansję klonalną poprzez różne mechanizmy, dając komórkom macierzystym plemników przewagę konkurencyjną. Wiele z tych genów zostało już powiązanych w innych badaniach z zaburzeniami rozwojowymi i niektórymi rodzajami nowotworów .

Najbardziej zaskakującym odkryciem była skala zjawiska: ekspansje klonalne mogą zwiększyć tempo mutacji w dojrzałych plemnikach nawet 500-krotnie . Według Władimira Seplarskiego, wykładowcy medycyny w Brigham and Women's Hospital i współautora artykułu, „kilka mutacji napędowych może generować nieproporcjonalnie dużą liczbę zmian genetycznych”.

Ta dynamika może wyjaśniać, dlaczego niektóre rzadkie choroby genetyczne pojawiają się u dzieci rodziców bez historii rodzinnej i dlaczego ich częstość jest wyższa niż oczekiwano. Naukowcy ostrzegają jednak, że mnogość mutacji może również prowadzić do błędnych interpretacji. „Naszym kluczowym odkryciem jest to, że ekspansje klonalne w plemnikach nie są rzadkością; występują w całym genomie i w całej populacji ludzkiej” – podkreślił Moldovan.

Zespół planuje teraz rozszerzyć poszukiwania genów powiązanych z tym procesem, zbadać, jak ekspansje klonalne wpływają na częstość występowania chorób dziedzicznych i wykorzystać tę wiedzę w badaniach genetycznych noworodków . Zespół dąży również do zbudowania modeli ewolucyjnych, które wyjaśnią , jak mutacje sprzyjające proliferacji plemników mogą, paradoksalnie, szkodzić ludziom .

„To bardzo osobliwe zjawisko darwinowskie, które pokazuje , w jaki sposób mutacje umożliwiające plemnikom rozwój mogą zaszkodzić osobie, która je dziedziczy ” – podsumował Sunyaev.

Autorzy zauważają, że ten kierunek badań nie tylko zagłębia się w podstawowe mechanizmy biologii człowieka, ale ma również bezpośrednie implikacje dla zrozumienia, diagnozowania i zapobiegania chorobom genetycznym, które zaczynają się na długo przed urodzeniem.