父系DNA的辐射损伤会传递给后代

父亲的辐射暴露是否会对他们的孩子产生影响是辐射生物学中最长期存在的问题之一。BjörnSchumacher教授和他的团队以线虫秀丽隐杆线虫为模型，发现对成熟精子的辐射损伤无法修复，而是会传递给后代。相比之下，雌性卵子要么准确地修复损伤，要么如果损伤太严重，就会被淘汰，不会传递损伤。然而，当卵子与受辐射损伤的精子受精时，卵子提供的母体修复蛋白会尝试修复父体DNA。

为此，使用了一种高度容易出错的修复机制，并随机融合断裂的DNA片段。这些断裂的随机融合随后导致父系染色体的结构变化。由此产生的后代现在携带染色体损伤，反过来它们的后代表现出严重的发育缺陷。对秀丽隐杆线虫所做的工作为更好地理解父亲辐射暴露的遗传效应机制奠定了基础。

这项工作现已发表在《自然》杂志上，题为“通过组蛋白介导的修复限制继承父系DNA损伤”。

暴露于辐射的雄性动物和健康的雌性蠕虫产生的后代具有所谓的结构变异——染色体部分的随机连接。在后代中，这些畸变会导致反复断裂，但这种损伤无法再修复。相反，受损的染色体被蛋白质(即所谓的组蛋白)所保护，无法进行精确修复，这些蛋白质密集地包裹着长链DNA。在密集排列的DNA中，修复蛋白无法再到达断裂处。压缩的DNA结构由特定的组蛋白HIS-24和HPL-1紧密结合在一起。当这些组蛋白被去除后，父系遗传的损伤就会完全消除，并且可以产生有活力的后代。

这也与人类的辐射损伤有关吗?除了对线虫的研究外，该团队还在人类身上检测到相同的结构变异或随机组装的染色体。同样在这里，染色体畸变是专门从父亲而不是母亲那里遗传的。为此，科学家们分析了来自1000GenomeProject的各种数据集，其中包含来自1000多人的遗传数据，以及来自IslandicdeCODE项目的各种数据集，其中包含来自各自母亲、父亲和孩子的遗传数据。

Schumacher说：“基因组畸变，尤其是在父系种系中发育的染色体结构变异，被认为会增加患自闭症和精神分裂症等疾病的风险。”这意味着在人类中，也需要特别保护成熟精子免受辐射损伤，并且不应将受损的成熟精子用于受孕。他补充说，“这种损伤可能会在放疗或化疗期间造成，因此在两个月内产生新精子来替换受损精子的过程中存在风险。”这是因为与成熟精子相比，新生成的精子具有准确修复损伤的能力。

有趣的是，科学家们在野外线虫和人类种群中也发现了染色体的这些结构变异。这些结果表明，成熟精子的损伤和受精卵中父本DNA的不准确修复可能是进化过程中遗传多样性的主要驱动因素，并可能导致人类遗传疾病。

该研究是在科隆大学CECAD衰老研究卓越集群的衰老和疾病基因组稳定性研究所进行的，并获得了德国研究基金会(DFG)的资助。