Мутации, являющиеся результатом ошибок копирования ДНК во время деления клеток, могут происходить в разных клетках тела и в разное время в течение жизни. Некоторые из них, например те, которые встречаются в «половых клетках», которые создают сперматозоиды или яйцеклетки, вызывают изменения, влияющие на потомство человека.
Ранее считалось, что половые клетки у мальчиков и девочек проходят одинаковое количество клеточных делений и должны иметь примерно одинаковую скорость мутации ДНК к тому времени, когда человек достигнет половой зрелости.
Новое исследование показывает, что количество делений клеток — и, следовательно, частота мутаций ДНК — в половых клетках мальчиков-подростков в шесть раз выше, чем у девочек, и что мутации ДНК передаются детям подросткового возраста. отцы выше в результате.
Исследователи говорят, что увеличение количества мутаций ДНК в репродуктивных клетках мальчиков-подростков может объяснить, почему дети отцов-подростков имеют более высокий риск развития таких заболеваний, как аутизм, шизофрения и расщелина позвоночника.
Мужчины производят половые клетки на протяжении всей своей жизни, и ранее предполагалось, что мутации ДНК в половых клетках увеличиваются по мере взросления мужчин — с возрастом происходит большее деление клеток и большее количество мутаций ДНК.
Однако последние результаты показывают, что половые клетки мальчиков-подростков являются исключением из этого правила старения.
Исследователи показали, что мужские половые клетки в период полового созревания проходят около 150 клеточных делений по сравнению с 22 клеточными делениями, которые испытывают женские ооциты (незрелые яйцеклетки). Это одновременно увеличивает количество мутаций ДНК, вызванных делением клеток в половых клетках мальчиков-подростков, что повышает вероятность наследственных заболеваний у детей, зачатых отцами-подростками.
Исследователи говорят, что это могло быть результатом неизвестных делений клеток в детстве у мужчин или всплеска ошибки ДНК в период полового созревания — хотя причины в настоящее время неясны.
До новых открытий считалось, что мужские половые клетки претерпевают 30 делений в период полового созревания.
Результаты опровергают предыдущие представления о том, что чем моложе мужчина, тем меньше деление клеток и меньше риск мутаций ДНК в зародышевых, а затем и в сперматозоидных клетках.
Фактически, исследователи говорят, что — хотя необходимо проделать большую работу — эти первоначальные результаты также показывают, что сперматозоиды у подростков имеют примерно на 30% более высокий уровень мутаций ДНК, чем у молодых мужчин в возрасте от двадцати лет, и что у мальчиков-подростков есть аналогичные уровни мутации ДНК в их сперматозоидах у мужчин в возрасте от тридцати до сорока лет.
"Похоже, что мужские половые клетки накапливают ошибки ДНК незамеченными в детстве или совершают ошибки ДНК на особенно высоком уровне в начале полового созревания.
Однако причина этого пока не ясна ", — сказал генетик доктор Питер Форстер, научный сотрудник колледжа Мюррей Эдвардс и Института Макдональда при Кембриджском университете, который проводил исследование с коллегами из Института судебной генетики в Мюнстере, Германия.
"Возможно, механизм копирования ДНК особенно подвержен ошибкам в начале полового созревания мужчин. Или, производство спермы у мальчиков может пройти на десятки больше клеточных циклов — и, следовательно, ошибок копирования ДНК — чем предполагалось ранее », — сказал он.
В любом случае учебники, возможно, придется переписать в результате новых открытий, говорит Форстер, которые сегодня опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B.
Исследовательская группа использовала ДНК из образцов крови и слюны, взятых у 24097 нормальных родителей и их подтвержденных биологических детей из регионов Германии, Австрии, Ближнего Востока и Западной Африки.
Исследователи проанализировали тип ДНК, известный как «микросателлиты» — простые повторяющиеся последовательности ДНК, которые мутируют только в результате репликации клеток, предоставив команде естественный «счетчик клеточного цикла», который они использовали для отслеживания количества раз, когда клетка делится, и, следовательно, скорость мутаций из-за ошибки копирования ДНК.
Путем сравнительного анализа исследовательская группа обнаружила увеличение количества мутаций ДНК у детей отцов-подростков, и что мутации в мужских сперматозоидах в период полового созревания в шесть раз чаще, чем в женских ооцитах.
Хотя это означает, что дети отцов-подростков имеют повышенный шанс отклонения от нормы, Форстер указывает, что риск все еще очень мал: возможно, около 2%, в отличие от общего среднего риска отклонения от нормы, равного 1.5%.
Команда надеется разработать метод подсчета клеточного цикла, используемый в исследовании, и применить его к раку, чтобы лучше оценить возраст таких состояний у людей и количество клеточных делений между начальной клеточной неисправностью и ростом опухоли.