Влияние отцовских факторов на развитие: идентификация геномных регионов, уязвимых к оксидативному повреждению ДНК, в человеческих сперматозоидах
Не все участки отцовского генома одинаково уязвимы к повреждению в результате оксидативного стресса.
Вопрос исследования
Все ли регионы отцовского генома в гаметах демонстрируют одинаковую уязвимость к оксидативному повреждению ДНК?
Краткий ответ
Оксидативное повреждение ДНК не является случайно распределённым в зрелых человеческих сперматозоидах, но, напротив, является прицельным, а отдельные хромосомы оказываются особенно уязвимыми к оксидативному стрессу.
Что уже известно
Оксидативное повреждение ДНК часто встречается в сперматозоидах пациентов с мужским бесплодием. Такие очаги повреждения могут влиять на частоту de novo мутаций у детей, хотя ещё должно быть установлено, все ли регионы генома сперматозоидов имеют одинаковую уязвимость к повреждению активными формами кислорода.
Дизайн, объём и продолжительность исследования
Человеческие сперматозоиды, полученные у мужчин с нормозооспермией (n = 8), были разделены на равные образцы и подвержены воздействию либо пероксида водорода (H2O2), либо контрольных растворов перед экстракцией окисленной ДНК с использованием модифицированного протокола иммунопреципитации ДНК (MoDIP). Специфические регионы генома, подверженные оксидативному повреждению, были идентифицированы с помощью секвенирования нового поколения и валидизированы в сперматозоидах мужчин с нормозооспермией (n = 18) и пациентов, обследующихся по поводу бесплодия (n = 14).
Участники / материалы, условия, методы
Человеческие сперматозоиды были получены у мужчин с нормозооспермией и разделены на две идентичных выборки перед инкубацией с H2O2 (5 мМ, 1 час) для индукции оксидативного стресса или с равным объёмом инертного раствора (контрольные образцы). Кроме того, были получены сперматозоиды у пациентов репродуктологической клиники, у которых был выявлен высокий базальный уровень оксидативного стресса в сперматозоидах.
Все образцы спермы были подвержены MoDIP для селективной изоляции окисленной ДНК до секвенирования полученных фрагментов ДНК с использованием платформы для секвенирования целого генома. Биоинформатический анализ был использован для идентификации геномных регионов, уязвимых к оксидативному повреждению, несколько из которых были отобраны для валидации с помощью количественной ПЦР в реальном времени (кПЦР).
Основные результаты и влияние случайности
Примерно 9000 геномных регионов, размером по 150–1000 оснований, были идентифицированы в человеческих сперматозоидах как крайне уязвимые к оксидативному повреждению. Отдельные хромосомы демонстрировали дифференциальную уязвимость к повреждению, а хромосома 15 была особенно чувствительна к оксидативному повреждению, а половые хромосомы были защищены.
Уязвимые регионы обычно лежат вне доменов, связанных с протаминами и гистонами. Кроме того, мы подтвердили, что эти уязвимые геномные участки переносят существенное (2-15-кратное) увеличение бремени оксидативного повреждения ДНК у пациентов, которые обследуются по поводу бесплодия, по сравнению со здоровыми донорами.
Ограничения и причины для осторожности
Ограниченное количество образцов, анализированных в этом исследовании, требует внешней валидации, так же как и общие выводы из наших результатов. Отбор пациентов был основан на высоком базальном уровне оксидативного стресса в их сперматозоидах, а не на отдельных подклассах мужского фактора бесплодия.
Более широкие выводы из полученных результатов
Идентификация геномных регионов, уязвимых к окислению, в мужской герминальной линии будет ценной для определения цели будущих анализов мутационной нагрузки у детей, связанной с отцовскими факторами, такими как возраст, использование ВРТ по поводу мужского бесплодия и воздействие токсикантов внешней среды на организм отца.
Финансирование исследования / конфликт интересов
Поддержка проекта была обеспечена University of Newcastle’s (UoN) Priority Research Centre for Reproductive Science. M.J.X. получил стипендию UoN International Postgraduate Research Scholarship. B.N. получил стипендию National Health and Medical Research Council of Australia Senior Research Fellowship. У авторов нет конфликтов интересов.
M J Xavier, B Nixon, S D Roman, R J Scott, J R Drevet, R J Aitken
Human Reproduction, Volume 34, Issue 10, October 2019, Pages 1876–1890
DOI: https://doi.org/10.1093/humrep/dez153