چگونه اسپرم سلامت فرزندان را تنظیم می کند

مانواع اسرار در مورد اینکه آیا و چگونه سبک زندگی هر دو والدین قبل از لقاح می تواند بر سلامت فرزندان آنها تأثیر بگذارد، احاطه شده است. مطالعات قبلی در مورد شرایط متابولیک مانند دیابت نوع 2 به این موضوع اشاره کرده اند رژیم غذایی پدر و RNA کوچک مشتق شده از اسپرم بر حساسیت به بیماری در فرزندان تأثیر می گذارد، اما مکانیسم ها نامشخص است.^1،2 اکثر این نوع بیماری‌های پیچیده از عدم وراثت رنج می‌برند. یک استعداد ژنتیکی پیش بینی شده وجود دارد که در واقع با وراثت پذیری مشاهده شده مطابقت ندارد.» رافائل سگارینوفیزیولوژیست و فارماکولوژیست در هلمهولتز مونیخ که استعداد ابتلا به بیماری های متابولیک را مطالعه می کند. “باید یک جزء بزرگ از بیماری زایی وجود داشته باشد که به سادگی با استعداد ژنتیکی توضیح داده نمی شود.”

تپرینو مسیرهای وراثت اپی ژنتیکی که توسط اسپرم حمل می شود را بررسی می کند تا شکاف دانش بین استعداد ژنتیکی و وراثت پذیری واقعی بیماری های متابولیک را پر کند. در آخرین اثر خود که در طبیعتاو و تیم تحقیقاتی‌اش اثرات رژیم غذایی پدر را بر رونوشت‌های اسپرم و متابولیسم فرزندان در موش‌ها و انسان‌ها بررسی کردند.³ آنها دریافتند که اسپرم های بالغ اپیدیدیم، اما سلول های زایا در حال رشد نیستند، به تغییرات tRNA میتوکندری (mt-tRNA) ناشی از رژیم غذایی حساس هستند و نشان دادند که mt-tRNA های اسپرم تنظیم کننده های اپی ژنتیکی هستند که متابولیسم فرزندان را تحت تاثیر قرار می دهند. تیم تحقیقاتی همچنین پیوندهای مشابهی بین وزن بالای پدر و تغییرات RNA اسپرم در انسان پیدا کردند.

اسپرم حاوی یک مجموعه پیچیده و حساس به محیط زیست از RNA های کوچک غیر کد کننده (sncRNAs)، از جمله mt-tRNA ها و قطعات آن ها (mt-tsRNAs) است. در سال 2019، یک مطالعه کوچک انسانی نشان داد که قرار گرفتن در معرض یک رژیم غذایی حاد با قند بالا به سرعت mt-tsRNA در اسپرم را افزایش داد و به تپرینو اشاره کرد که این نوع RNA را به عنوان اولین پاسخ دهنده به استرس متابولیک می بیند.¹ او و تیمش قبل از بررسی تغییرات در بیان RNA اسپرم و بررسی سلامت فرزندان، یک رژیم غذایی پرچرب کوتاه مدت برای موش ها تجویز کردند. آنها دریافتند که رژیم غذایی پرچرب حاد باعث اختلال عملکرد میتوکندری در موش‌های نر می‌شود که تحمل گلوکز و هموستاز را در فرزندان نر که به طور معمول تغذیه می‌شوند، مختل می‌کند.

“من تعجب کردم، “مکانیسم چیست؟” چگونه این همه اتفاق می افتد؟» او گفت اوپاسنا شارمازیست شناس رشدی در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، که به مطالعه وراثت بین نسلی و اثرات استرس محیطی بر اپی ژنوم گامت می پردازد و در این مطالعه شرکت نداشت. “در اینجا آنها نشان می دهند که استرس یا اختلال عملکرد میتوکندری چیزی است که RNA کوچک در اسپرم را تغییر می دهد و این می تواند به طور بالقوه بر نسل بعدی و فنوتیپ تاثیر بگذارد.” به نظر من ارتباط جالبی بود.

تپرینو و تیمش همچنین انتقال مواد غیر ژنتیکی از اسپرم به تخمک را برای اولین بار با مشاهده mt-tRNA و تنظیم اپی ژنتیکی در جنین های اولیه توسط رونویسی تک جنینی با استفاده از جنین های دو سلولی هیبریدی از موش های مادری و پدری متفاوت نشان دادند. سویه ها شارما گفت: “با استفاده از این دو سویه زمینه ژنتیکی مختلف، آنها توانستند نشان دهند که mRNA میتوکندری اسپرم هنگام لقاح به تخمک تحویل داده می شود، که مدلی را که ما در حال حاضر داریم که RNA کوچک اسپرم در پاسخ به محیط تغییر می کند، بیشتر تقویت می کند.” آنها به جنین تحویل داده می شوند و شاید بیان ژن اولیه و رشد جنینی را تغییر دهند، که سپس منجر به تغییر فنوتیپ می شود.

یک قطعه گم شده از پازل این مکانیسم های موش را به انسان متصل می کرد. تپرینو و تیمش مشخصات sncRNAهای اسپرم را از داوطلبان جوان و سالم فنلاندی که از نظر متابولیکی فنوتیپ شده بودند و بر اساس شاخص توده بدنی (BMI) و توده چربی طبقه بندی شده بودند، بررسی کردند. آنها دریافتند که mt-tRNA تنها نوع RNA کوچک است که به طور مثبت با BMI مرتبط است. در مجموعه داده‌های انسانی جداگانه، محققان همچنین ارتباطی بین وزن بالای پدر در زمان لقاح و سلامت متابولیک در فرزندان را شناسایی کردند.

این مطالعه از سهم سبک زندگی پدری بر سلامت متابولیک فرزندان حمایت می کند، نشان می دهد که mt-tRNA ها تنظیم کننده های اپی ژنتیکی ناشی از رژیم غذایی و اسپرم هستند و انتقال اطلاعات غیر ژنتیکی از پدر به فرزندان را در زمان لقاح نشان می دهد. تیم تپرینو همچنین مشاهده کردند که سطوح sncRNA اسپرم و تحمل گلوکز فرزندان بین موش‌هایی که پس از بازگشت به رژیم غذایی معمولی از رژیم غذایی کم‌چرب و پرچرب تغذیه شده‌اند، قابل مقایسه است و اهمیت این مکانیسم قابل تغییر را برجسته می‌کند. سگارینو می‌گوید: «این یک مکانیسم کاملاً برگشت‌پذیر است که در واقع به نوعی امید را به وجود می‌آورد که اگر سبک زندگی پدرانه را قبل از لقاح اصلاح کنیم، می‌توانیم فنوتیپ‌های فرزندان را اصلاح کنیم.» ما یک عامل خطر اضافی پیدا کردیم، اما این یک عامل خطر است، نه یک عامل قطعی.