Los daños por radiación en el ADN paterno se transmiten a la descendencia

Los daños en el genoma paterno no pueden repararse y se transmiten a la descendencia, mientras que el óvulo femenino repara o limita los daños.

04.01.2023 - Alemania

Una de las cuestiones más antiguas de la biología de la radiación es si la exposición de los padres a la radiación puede tener consecuencias en sus hijos. Utilizando el nematodo Caenorhabditis elegans como modelo, el profesor Dr. Björn Schumacher y su equipo descubrieron que los daños causados por la radiación en espermatozoides maduros no pueden repararse, sino que se transmiten a la descendencia. En cambio, los óvulos femeninos reparan el daño con precisión o, si el daño es demasiado grave, se eliminan y no se transmite ningún daño. Sin embargo, cuando el óvulo es fecundado con un espermatozoide dañado por la radiación, las proteínas reparadoras maternas que aporta el óvulo intentan reparar el ADN paterno. Para ello, se utiliza un mecanismo de reparación muy propenso a errores que fusiona las piezas rotas de ADN de forma aleatoria. Estas fusiones aleatorias de las roturas provocan entonces cambios estructurales en los cromosomas paternos. La descendencia resultante es ahora portadora del daño cromosómico y, a su vez, sus descendientes muestran graves defectos de desarrollo. El trabajo realizado en C. elegans sienta las bases para comprender mejor los mecanismos de los efectos hereditarios de la exposición paterna a la radiación.

Este trabajo se ha publicado ahora con el título "Inheritance of paternal DNA damage by histone-mediated repair restriction" en Nature.

La descendencia resultante de machos expuestos a la radiación y hembras sanas es portadora de las llamadas variaciones estructurales, es decir, conexiones aleatorias de partes de los cromosomas. En la descendencia, estas aberraciones provocan roturas recurrentes, pero estos daños ya no pueden repararse. En su lugar, los cromosomas dañados quedan protegidos de una reparación precisa por unas proteínas, las llamadas histonas, que empaquetan densamente las largas cadenas de ADN. En el ADN densamente empaquetado, las roturas ya no pueden ser alcanzadas por las proteínas de reparación. Las estructuras de ADN empaquetado se mantienen fuertemente unidas por las proteínas histonas específicas, HIS-24 y HPL-1. Cuando se eliminan estas proteínas histonas, el ADN se rompe. Cuando se eliminan esas proteínas histónicas, el daño heredado paternalmente se elimina por completo y puede producirse una descendencia viable. El hallazgo de que las proteínas histonas gobiernan la accesibilidad del ADN para su reparación podría proporcionar dianas terapéuticas eficaces para tratar los daños por radiación.

¿Es esto también relevante para el daño por radiación en humanos? Además del trabajo en nematodos, el equipo detectó las mismas variantes estructurales, o cromosomas ensamblados al azar, en humanos. También en este caso, las aberraciones cromosómicas se transmitían específicamente de padres, pero no de madres. Para ello, los científicos analizaron varios conjuntos de datos del Proyecto 1000 Genomas, que contiene datos genéticos de más de mil personas, y del proyecto isleño deCODE, con datos genéticos de las respectivas madres, padres e hijos.

"Se cree que las aberraciones genómicas, especialmente las variaciones estructurales en los cromosomas, que se desarrollan en la línea germinal paterna, aumentan el riesgo de trastornos como el autismo y la esquizofrenia", explica Schumacher. Esto significa que, también en humanos, el esperma maduro debe protegerse especialmente de los daños de la radiación, y que el esperma maduro dañado no debe utilizarse para la concepción". Y añadió: "Estos daños podrían producirse durante la radioterapia o la quimioterapia y, por tanto, suponer un riesgo en los dos meses que se tarda en generar esperma nuevo para sustituir al dañado". Esto se debe a que, a diferencia de los espermatozoides maduros, los recién generados tienen la capacidad de reparar con precisión los daños.

Curiosamente, los científicos hallaron esas variaciones estructurales en los cromosomas también en nematodos silvestres y en la población humana. Estos resultados sugieren que los daños en los espermatozoides maduros y la reparación imprecisa del ADN paterno en el cigoto podrían ser los principales impulsores de la diversidad genética durante la evolución y podrían ser responsables de enfermedades genéticas en humanos.

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