Uno studio recente ha riportato che i cambiamenti nei microRNA degli spermatozoi dei topi causati dall’invecchiamento possono influenzare la crescita e lo sviluppo della prole. La scoperta si aggiunge alla crescente letteratura sugli effetti dell’invecchiamento paterno sulla prole.
I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Scientific Reports.
Invecchiamento degli spermatozoi: ecco come influisce sullo sviluppo della prole
I matrimoni e la gravidanza in età avanzata stanno diventando sempre più la norma. Mentre gli impatti dell’età materna sulla prole, come un rischio più elevato di aborto spontaneo e la sindrome di Down, sono ampiamente compresi, gli impatti dal lato paterno lo sono meno.
Eppure questo sta cambiando. Recenti studi epidemiologici hanno dimostrato che l’invecchiamento degli spermatozoi esercita un’influenza più sostanziale sull’aumento del rischio di disturbi dello sviluppo neurologico come il disturbo dello spettro autistico.
Un gruppo di ricerca guidato dal professor Noriko Osumi del Dipartimento di Neuroscienze dello Sviluppo presso la Graduate School of Medicine dell’Università di Tohoku ha precedentemente rivelato che i fattori epigenetici, comprese le modifiche degli istoni nella spermatogenesi e la metilazione del DNA negli spermatozoi dei topi, subiscono cambiamenti con l’età. Queste alterazioni potrebbero portare a effetti transgenerazionali.
L’impatto tuttavia dell’invecchiamento degli spermatozoi sui microRNA (miRNA), piccole molecole di RNA non codificanti che svolgono un ruolo cruciale nella regolazione dell’espressione genica, rimane poco esplorato.
Per correggere questo problema, lo stesso gruppo di ricerca ha condotto un’analisi completa delle variazioni legate all’età nei microRNA negli spermatozoi dei topi. Hanno confrontato i microRNA nello sperma di topi di età compresa tra 3, 12 e 20 mesi e hanno identificato i microRNA che erano cambiati in quantità.
I ricercatori hanno scoperto differenze significative legate all’età nei microRNA. Alcuni cambiamenti riguardavano i microRNA responsabili della regolazione del sistema nervoso e dei geni legati al disturbo dello spettro autistico, e questi microRNA alterati includevano quelli trasferiti negli ovuli fecondati.
“Il nostro studio rivela la potenziale associazione tra l’alterazione dei microRNA spermatici causata dall’invecchiamento degli spermatozoi, sottolineando l’importanza di indagare l’impatto dei microRNA spermatici sulla prole, un aspetto che è stato relativamente trascurato nelle ricerche precedenti”, afferma Osumi.
L’anticipazione è che un’ulteriore esplorazione dei fattori epigenetici , in particolare dei microRNA, non solo contribuirà a svelare i meccanismi patogeni alla base dei disturbi dello sviluppo neurologico, ma offrirà anche spunti per promuovere la salute e la prevenzione delle malattie delle generazioni successive.
Osumi sottolinea che il loro studio allarga la rete quando si tratta di esplorare il legame tra l’età paterna e le potenziali complicazioni di salute nei bambini. “Mentre i cambiamenti legati all’età negli ovociti sono ben documentati, l’attenzione si è concentrata prevalentemente sulla fertilità degli spermatozoi. Riconoscere la miriade di trasformazioni epigenetiche associate all’invecchiamento degli spermatozoi, come esemplificato dai microRNA esaminati in questo studio, diventa imperativo.”
I risultati acquisiscono rilevanza anche nel contesto del rapido calo del tasso di natalità del Giappone, che rende necessario incorporare la prospettiva dei fattori legati allo sperma nel progresso della medicina riproduttiva.
I fattori genetici svolgono un ruolo nel determinare se i bambini hanno disturbi dello sviluppo neurologico. Anche l’esposizione materna a farmaci e malattie virali o batteriche può essere dannosa.
Un’ indagine epidemiologica su circa 6 milioni di persone in tutto il mondo ha rivelato che l’età paterna avanzata e l’invecchiamento degli spermatozoi è associata allo sviluppo di disturbi dello sviluppo neurologico. In altre parole, più il genitore è anziano, maggiore è il rischio che il bambino abbia di sviluppare disturbi come l’autismo, l’ADHD e altre difficoltà di apprendimento.
Un gruppo di ricerca del Dipartimento di Neuroscienze dello Sviluppo presso la Graduate School of Medicine dell’Università di Tohoku ha rivelato ulteriori dettagli su questo fenomeno con la loro recente pubblicazione su PLOS ONE .
Il gruppo di ricerca, guidato dalla dottoranda Misako Tatehana e dalla professoressa Noriko Osumi, ha eseguito l’analisi immunoistochimica dei testicoli in topi di tre mesi prima di eseguire la stessa analisi su topi di età pari o superiore a 12 mesi.
Tatehana e il suo team hanno analizzato le proteine istoniche durante il processo di spermatogenesi in 12 fasi. Le proteine istoniche subiscono modifiche chimiche durante la spermatogenesi, influenzando così l’espressione genica . Più specificamente, il team ha esaminato sette metilazioni e un’acetilazione.
Li hanno catalogati come marcatori epigenetici, ovvero modifiche che influenzano l’espressione del gene senza cambiare la sequenza di basi del DNA del genoma stesso.
I confronti dei marcatori tra i topi più giovani e quelli più anziani utilizzando tecniche di quantificazione dell’imaging hanno rivelato che questi ultimi avevano quantità maggiori della proteina istonica modificata, H3K79me3. Uno studio precedente del professor Osumi ha trovato una correlazione tra la quantità di H3K79me3 negli spermatozoi l’invecchiamento paterno influisce potenzialmente sullo sviluppo neurologico negli esseri umani.
Ulteriori ricerche sull’argomento sperano di sviluppare metodi diagnostici più efficaci per i disturbi derivanti dal rischio di età paterna avanzata e invecchiamento degli spermatozoi e la comunicazione vocale anormale nei cuccioli, rendendolo un indicatore predittivo di disturbi dello sviluppo neurale.
Le origini evolutive della salute e della malattia è una scuola di pensiero che si concentra su come fattori prenatali come lo stress e la dieta influiscono sullo sviluppo delle malattie quando i bambini raggiungono l’età adulta.
Le prove sperimentali indicano che i fattori ambientali che influenzano i genitori svolgono un ruolo nella riprogrammazione della salute della prole durante tutta la loro vita. In particolare, è noto che le diete povere di proteine dei genitori sono correlate a disturbi metabolici nei figli, come il diabete.
Si ritiene che questo fenomeno sia regolato attraverso l’epigenetica: cambiamenti ereditari in cui i geni vengono attivati e disattivati senza effettivamente modificare il DNA di un individuo. Tuttavia, fino ad ora, i dettagli di questo processo erano sconosciuti.
Nel loro studio pubblicato su Molecular Cell, un team guidato da Keisuke Yoshida e Shunsuke Ishii del RIKEN CPR ha affrontato questa domanda in un modello murino e ha scoperto che una proteina chiamata ATF7 è essenziale per l’effetto intergenerazionale. ATF7 è un fattore di trascrizione, il che significa che regola l’attivazione e la disattivazione dei geni.
I ricercatori hanno nutrito topi maschi e femmine con diete normali o con diete a basso contenuto proteico e poi hanno permesso loro di accoppiarsi. Hanno confrontato l’espressione genetica – quali geni erano attivati – nella prole adulta di topi maschi che avevano seguito le due diverse diete e hanno scoperto che l’espressione differiva per centinaia di geni nel fegato, molti dei quali sono coinvolti nel metabolismo del colesterolo.
Quando tuttavia hanno utilizzato topi maschi geneticamente modificati privi di una copia del gene ATF7, l’ espressione genetica nella prole non differiva dall’espressione nella prole i cui genitori mangiavano una dieta normale.
Questo risultato significa che la dieta di un topo maschio può influenzare la salute dei futuri bambini. Poiché i topi maschi non possono influenzare la prole delle femmine incinte, i ricercatori hanno concluso che lo scenario più probabile era che i cambiamenti epigenetici si fossero verificati negli spermatozoi del maschio prima del concepimento e che l’ATF7 avesse una funzione fondamentale in questo processo.
Sulla base di questa logica, il team ha cercato e trovato geni negli spermatozoi controllati da ATF7, compresi quelli per il metabolismo dei grassi nel fegato e la produzione di colesterolo. Gli esperimenti hanno rivelato che quando i futuri padri mangiavano diete povere di proteine, l’ATF7 si liberava e non si legava più a questi geni.
Ciò a sua volta ha ridotto una particolare modifica alle proteine istoniche, con l’effetto netto che questi geni degli spermatozoi sono stati attivati, invece della normale situazione di essere disattivati. “La scoperta più sorprendente ed entusiasmante è stata che il cambiamento epigenetico indotto dalla dieta paterna a basso contenuto proteico viene mantenuto negli spermatozoi maturo durante la spermatogenesi e trasmesso alla generazione successiva”, afferma Ishii.
Utilizzando un modello murino, questo studio sugli spermatozoi aiuta a spiegare i dettagli molecolari alla base delle origini dello sviluppo della teoria della salute e della malattia, e i tipi di condizioni nutrizionali che potrebbero portare a malattie legate allo stile di vita nei bambini, come il diabete.
Inoltre, ora dovrebbe essere possibile prevedere i cambiamenti metabolici nella prossima generazione misurando i cambiamenti epigenetici nei geni identificati degli spermatozoi paterni.
“Ci auguriamo che le persone, soprattutto quelle che seguono una cattiva alimentazione per scelta, prestino maggiore attenzione alla propria dieta quando pianificano la prossima generazione. I nostri risultati indicano che le diete con più proteine e meno grassi sono più sane non solo per il corpo di ognuno, ma anche per gli spermatozoi e la salute dei potenziali figli.”
