Tổn thương đối với DNA của người cha được truyền lại cho con cái

Liệu việc người cha tiếp xúc với bức xạ có thể gây ra hậu quả đối với con cái của họ hay không là một trong những câu hỏi lâu đời nhất trong sinh học bức xạ. Sử dụng tuyến trùng Caenorhabditis elegans làm mô hình, Giáo sư Tiến sĩ Björn Schumacher và nhóm của ông đã phát hiện ra rằng tổn thương phóng xạ đối với tinh trùng trưởng thành không thể sửa chữa được mà thay vào đó được truyền lại cho con cái. Ngược lại, trứng của con cái sẽ sửa chữa chính xác các hư hỏng hoặc nếu hư hỏng quá nghiêm trọng thì sẽ bị loại bỏ và không có hư hại nào được truyền lại. Tuy nhiên, khi trứng được thụ tinh với một tinh trùng đã bị tổn thương do phóng xạ, các protein sửa chữa của mẹ do trứng cung cấp sẽ cố gắng sửa chữa DNA của bố.

Với mục đích này, một cơ chế sửa chữa rất dễ bị lỗi được sử dụng và kết hợp các đoạn DNA bị hỏng một cách ngẫu nhiên. Những sự kết hợp ngẫu nhiên của các đoạn đứt gãy này sau đó dẫn đến những thay đổi cấu trúc trong các nhiễm sắc thể của bố. Con cái sinh ra từ điều này giờ đây mang nhiễm sắc thể bị tổn thương và đến lượt con cái của chúng cho thấy những khiếm khuyết phát triển nghiêm trọng. Công trình được thực hiện trên C. Elegans đặt nền tảng cho sự hiểu biết tốt hơn về cơ chế ảnh hưởng di truyền của việc tiếp xúc với bức xạ từ người cha.

Công trình này hiện đã được xuất bản với tiêu đề 'Sự kế thừa thiệt hại DNA của người cha do hạn chế sửa chữa qua trung gian histone' trên tạp chí Nature.

Con cái sinh ra từ những con đực đã tiếp xúc với bức xạ và những con giun cái khỏe mạnh mang cái gọi là biến thể cấu trúc -- sự kết nối ngẫu nhiên của các bộ phận nhiễm sắc thể. Ở thế hệ con, những sai lệch này dẫn đến đứt gãy tái phát nhưng tổn thương này không thể sửa chữa được nữa. Thay vào đó, các nhiễm sắc thể bị hư hỏng được bảo vệ khỏi sự sửa chữa chính xác bởi các protein, được gọi là histone, đóng gói dày đặc các sợi DNA dài. Trong DNA được đóng gói dày đặc, các protein sửa chữa không thể tiếp cận được các vết đứt gãy. Các cấu trúc DNA đóng gói được giữ chặt với nhau bằng các protein histone cụ thể, HIS-24 và HPL-1. Khi các protein histone đó bị loại bỏ, thiệt hại do di truyền từ người cha được loại bỏ hoàn toàn và có thể tạo ra thế hệ con cháu khả thi.

Điều này cũng có liên quan đến thiệt hại bức xạ ở người? Ngoài nghiên cứu về tuyến trùng, nhóm nghiên cứu còn phát hiện các biến thể cấu trúc giống nhau hoặc các nhiễm sắc thể được lắp ráp ngẫu nhiên ở người. Cũng tại đây, các sai lệch nhiễm sắc thể đặc biệt được truyền từ người cha chứ không phải người mẹ. Để làm điều này, các nhà khoa học đã phân tích các bộ dữ liệu khác nhau từ Dự án 1000 bộ gen chứa dữ liệu di truyền của hơn một nghìn người và dự án Islandic deCODE với dữ liệu di truyền từ các bà mẹ, cha và con tương ứng.

Schumacher cho biết: "Sự sai lệch về bộ gen, đặc biệt là các biến thể cấu trúc trong nhiễm sắc thể, phát triển trong dòng mầm của người cha, được cho là làm tăng nguy cơ mắc các chứng rối loạn như tự kỷ và tâm thần phân liệt". Điều này có nghĩa là cũng ở người, tinh trùng trưởng thành cần được bảo vệ đặc biệt khỏi tác hại của bức xạ và tinh trùng trưởng thành bị hư hỏng không được sử dụng để thụ thai. Ông nói thêm: "Những thiệt hại như vậy có khả năng xảy ra trong quá trình xạ trị hoặc hóa trị và do đó gây ra rủi ro trong hai tháng cần thiết để tạo ra tinh trùng mới thay thế cho tinh trùng bị hỏng." Điều này là do trái ngược với tinh trùng trưởng thành, tinh trùng mới được tạo ra có khả năng sửa chữa chính xác các tổn thương.

Thật thú vị, các nhà khoa học đã tìm thấy những biến thể cấu trúc đó trong nhiễm sắc thể ở tuyến trùng trong tự nhiên và trong quần thể người. Những kết quả này cho thấy rằng thiệt hại đối với tinh trùng trưởng thành và việc sửa chữa DNA của người cha trong hợp tử không chính xác có thể là nguyên nhân chính dẫn đến sự đa dạng di truyền trong quá trình tiến hóa và có thể là nguyên nhân gây ra các bệnh di truyền ở người.

Nguồn Đại học Cologne