Nature：辐射对父亲DNA的损害会遗传给后代

秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)父本基因组的损伤无法修复，而是遗传给了它的后代，而雌性卵子修复或限制了损伤。

　　

   

   

图片:雌虫体内密集排列的DNA。DNA是蓝色的，组蛋白标记H3K9me2是绿色的，x染色体标记hi -8是红色的。    

父亲受到的辐射是否会对他们的孩子产生影响？这是辐射生物学中最长期存在的问题之一。利用秀丽隐杆线虫作为一个模型，Björn Schumacher教授和他的团队发现，辐射对成熟精子的损伤无法修复，而是会遗传给后代。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，就被消除，没有损伤传递。然而，当卵子与被辐射损坏的精子受精时，卵子提供的母本修复蛋白试图修复父本DNA。为此，机体使用了一种非常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导致了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，反过来他们的后代表现出严重的发育缺陷。这一研究为更好地理解父系辐射暴露的遗传效应机制奠定了基础。

这项工作现在以“Inheritance of paternal DNA damage by histone-mediated repair restriction”的标题发表Nature杂志上。

暴露在辐射下的雄性线虫和健康的雌性线虫所产生的后代携带着所谓的结构变异——染色体部分的随机连接。在后代中，这些畸变导致反复断裂，但这种损伤不能再修复。相反，受损的染色体被密集包裹长链DNA的蛋白质(即组蛋白)所保护，无法进行准确的修复。在密集排列的DNA中，修复蛋白不再能到达断裂。填充的DNA结构被特定的组蛋白HIS-24和HPL-1紧紧地连接在一起。当这些组蛋白被去除时，父系遗传的损伤就完全消除了，可以产生存活的后代。组蛋白控制DNA修复的可达性，这一发现为治疗辐射损伤提供了有效的治疗靶点。

这也与辐射对人体的伤害有关吗?除了对线虫的研究，研究小组还在人类身上发现了相同的结构变异，即随机组合的染色体。同样在这里，染色体畸变是由父亲遗传而不是母亲。为此，科学家们分析了来自1000人基因组计划的各种数据集，其中包括来自1000多人的基因数据，以及来自各自母亲、父亲和孩子的基因数据。

“基因组畸变，特别是染色体的结构变异，被认为会增加自闭症和精神分裂症等疾病的风险。”这也意味着，在人类中，成熟的精子需要特别保护，免受辐射损害，受损的成熟精子不应该用于受孕。“这种损伤可能在放疗或化疗期间造成，因此在产生新精子以取代受损精子的两个月时间内构成风险。”这是因为与成熟精子相比，新生成的精子有准确修复损伤的能力。

有趣的是，科学家们在野生和人类的线虫中也发现了染色体的结构变异。这些结果表明，成熟精子的损伤和受精卵中父亲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，并可能是人类遗传疾病的原因。

这项研究是在科隆大学CECAD衰老研究卓越集群的衰老与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。

文章标题

Inheritance of paternal DNA damage by histone-mediated repair restriction