Το κατά πόσον η έκθεση των πατέρων σε ακτινοβολία μπορεί να έχει συνέπειες στα παιδιά τους είναι ένα από τα πιο μακροχρόνια ερωτήματα στη βιολογία της ακτινοβολίας. Χρησιμοποιώντας ως μοντέλο τον νηματώδη Caenorhabditis elegans, ο καθηγητής Dr. Björn Schumacher και η ομάδα του ανακάλυψαν ότι η βλάβη που προκαλεί η ακτινοβολία στο ώριμο σπέρμα δεν μπορεί να επιδιορθωθεί, αλλά αντίθετα μεταβιβάζεται στους απογόνους. Αντίθετα, τα θηλυκά ωάρια είτε επιδιορθώνουν με ακρίβεια τη βλάβη είτε, αν η βλάβη είναι πολύ σοβαρή, εξαλείφονται και δεν μεταβιβάζεται καμία βλάβη. Ωστόσο, όταν το ωάριο γονιμοποιείται με ένα σπέρμα που έχει υποστεί βλάβη από ακτινοβολία, οι μητρικές πρωτεΐνες επιδιόρθωσης που παρέχονται από το ωάριο προσπαθούν να επιδιορθώσουν το πατρικό DNA.
Για τον σκοπό αυτό, χρησιμοποιείται ένας μηχανισμός επιδιόρθωσης με μεγάλη πιθανότητα σφάλματος και συγχωνεύει τυχαία τα σπασμένα κομμάτια του DNA. Αυτές οι τυχαίες συγχωνεύσεις των σπασμένων τμημάτων οδηγούν στη συνέχεια σε δομικές αλλαγές στα πατρικά χρωμοσώματα. Οι απόγονοι που προκύπτουν από αυτό φέρουν πλέον τη χρωμοσωμική βλάβη και με τη σειρά τους οι απόγονοί τους παρουσιάζουν σοβαρές αναπτυξιακές ανωμαλίες. Η εργασία που έγινε στον C. elegans θέτει τα θεμέλια για την καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών των κληρονομικών επιπτώσεων της έκθεσης στην πατρική ακτινοβολία.
Οι απόγονοι που προκύπτουν από αρσενικά ζώα που έχουν εκτεθεί σε ακτινοβολία και υγιή θηλυκά σκουλήκια μεταφέρουν τις λεγόμενες δομικές παραλλαγές – τυχαίες συνδέσεις τμημάτων χρωμοσωμάτων. Στους απογόνους, αυτές οι εκτροπές οδηγούν σε επαναλαμβανόμενες ρήξεις, αλλά η βλάβη αυτή δεν μπορεί πλέον να επιδιορθωθεί. Αντίθετα, τα κατεστραμμένα χρωμοσώματα προστατεύονται από την ακριβή επιδιόρθωση από πρωτεΐνες, τις λεγόμενες ιστόνες, που πακετάρουν πυκνά τις μακριές αλυσίδες του DNA. Στο πυκνά πακεταρισμένο DNA, τα σπασίματα δεν μπορούν πλέον να προσεγγιστούν από τις πρωτεΐνες επιδιόρθωσης. Οι πακεταρισμένες δομές του DNA συγκρατούνται σφιχτά μεταξύ τους από τις συγκεκριμένες πρωτεΐνες ιστονών, HIS-24 και HPL-1. Όταν αυτές οι πρωτεΐνες ιστονών απομακρύνονται, η πατρικά κληρονομημένη βλάβη εξαλείφεται πλήρως και μπορούν να παραχθούν βιώσιμοι απόγονοι. Η διαπίστωση ότι οι πρωτεΐνες ιστόνης ρυθμίζουν την προσβασιμότητα του DNA για επιδιορθώσεις θα μπορούσε να προσφέρει αποτελεσματικούς θεραπευτικούς στόχους για την αντιμετώπιση των βλαβών από ακτινοβολία.
Έχει αυτό σημασία και για τις βλάβες από ακτινοβολία στον άνθρωπο; Εκτός από την εργασία στους νηματώδεις, η ομάδα εντόπισε τις ίδιες δομικές παραλλαγές, ή τυχαία συναρμολογημένα χρωμοσώματα, στους ανθρώπους. Και εδώ, οι χρωμοσωμικές ανωμαλίες μεταβιβάστηκαν συγκεκριμένα από τους πατέρες αλλά όχι από τις μητέρες. Για το σκοπό αυτό, οι επιστήμονες ανέλυσαν διάφορα σύνολα δεδομένων από το πρόγραμμα 1000 Genome Project που περιέχει γενετικά δεδομένα από περισσότερους από χίλιους ανθρώπους και το πρόγραμμα Islandic deCODE με γενετικά δεδομένα από τις αντίστοιχες μητέρες, τους πατέρες και τα παιδιά.
“Οι ανωμαλίες του γονιδιώματος, ιδίως οι δομικές παραλλαγές στα χρωμοσώματα, οι οποίες αναπτύσσονται στην πατρική γεννητική γραμμή, θεωρείται ότι αυξάνουν τον κίνδυνο διαταραχών όπως ο αυτισμός και η σχιζοφρένεια”, δήλωσε ο Schumacher. Αυτό σημαίνει ότι και στους ανθρώπους, το ώριμο σπέρμα πρέπει να προστατεύεται ιδιαίτερα από τις βλάβες της ακτινοβολίας και το κατεστραμμένο ώριμο σπέρμα δεν πρέπει να χρησιμοποιείται για τη σύλληψη. Και πρόσθεσε: “Τέτοιες βλάβες θα μπορούσαν δυνητικά να προκληθούν κατά τη διάρκεια της ακτινοθεραπείας ή της χημειοθεραπείας και έτσι να αποτελέσουν κίνδυνο κατά τους δύο μήνες που χρειάζονται για να δημιουργηθεί νέο σπέρμα που θα αντικαταστήσει το κατεστραμμένο”. Αυτό συμβαίνει επειδή σε αντίθεση με το ώριμο σπέρμα, το νεοπαραγόμενο σπέρμα έχει την ικανότητα να επιδιορθώνει με ακρίβεια τη βλάβη.
Είναι ενδιαφέρον ότι οι επιστήμονες βρήκαν αυτές τις δομικές παραλλαγές στα χρωμοσώματα και σε νηματώδεις στη φύση και στον ανθρώπινο πληθυσμό. Τα αποτελέσματα αυτά υποδηλώνουν ότι οι βλάβες στο ώριμο σπέρμα και η ανακριβής επιδιόρθωση του πατρικού DNA στο ζυγωτό θα μπορούσαν να είναι σημαντικοί παράγοντες για τη γενετική ποικιλομορφία κατά τη διάρκεια της εξέλιξης και μπορεί να ευθύνονται για τις γενετικές ασθένειες στον άνθρωπο.
