i ricercatori del Rady Children’s Institute of Genomic Medicine e della University of California San Diego School of Medicine hanno scoperto che le mutazioni dello sperma umano possono essere la causa di diverse patologie diagnosticate alla prole.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Cell.
Mutazioni dello sperma umano: ecco cosa dice la ricerca
Durante lo sviluppo, la vita e i processi di invecchiamento, tutte le cellule umane accumulano mutazioni, dando luogo a quello che viene denominato mosaicismo, una condizione in cui cellule diverse nella stessa persona hanno sequenze di DNA o corredo genetico differenti.
Il mosaicismo si manifesta in ogni essere umano, ma è per lo più impercettibile. Se le celule mutate iniziano a superare le cellule sane, possono verificarsi malattie. Una volta che il mosaicismo si verifica negli spermatozoi umani o negli ovuli, le mutazioni possono colpire sia l’uomo o la donna.
Gli scienziati del Rady Children’s Institute of Genomic Medicine e della University of California San Diego School of Medicine hanno spiegato che molto probabilmente un uomo su 15 sia portatore di queste mutazioni nel proprio sperma che potrebbero influenzare negativamente la loro prole.
Ricerche precedenti hanno rivelato che gli uomini più anziani hanno un rischio maggiore di causare alcune malattie nei loro figli, come il disturbo dello spettro autistico (ASD) e alcune disfunzioni alla nascita. Nell’ultimo studio, gli esperti hanno confrontato lo sperma di uomini più anziani con uomini più giovani per accertare eventuali differenze nelle mutazioni.
Dopo questo confronto, i risultati sono stati significativi: le mutazioni rilevabili non differivano nel numero, suggerendo che queste mutazioni creano un rischio stabile di malattia nella prole. I risultati hanno anche indicato che le mutazioni associate all’età sembrano più probabili insorgere in singoli spermatozoi, che si verificano al di sotto degli attuali livelli di rilevamento.
“I nostri studi precedenti ci hanno detto che le mutazioni dello sperma contribuiscono alla causa di disturbi, come l’autismo e l’epilessia, ma le implicazioni negli uomini senza una storia familiare di malattia erano completamente sconosciute“, ha detto l’autore senior Joseph Gleeson, MD, professore di neuroscienze a Rady. alla UC San Diego School of Medicine e direttore della ricerca sulle neuroscienze presso il Rady Children’s Institute for Genomic Medicine.
I ricercatori hanno sequenziato lo sperma umano in più campioni centinaia di volte attraverso i loro interi genomi per rintracciare mutazioni che si presentano solo in una piccola percentuale di cellule, utilizzando strumenti di apprendimento automatico all’avanguardia.
“Abbiamo scoperto che ogni singolo sperma umano mostra una media di 30 mutazioni“, ha spiegato il co-primo autore Xiaoxu Yang, Ph.D., uno studioso postdottorato nel laboratorio di Gleeson. “Quasi tutti queste mutazioni sono state visionate in campionamenti seriali da un periodo di sei a 12 mesi, mentre la maggior parte delle mutazioni erano completamente assenti da un campione di saliva o di sangue”. I dati, ha specificato Yang, indicano che le mutazioni sono limitate agli spermatozoi e convalidano anche il loro metodo di rilevamento.
“Sorprendentemente“, ha dichiarato il co-primo autore Martin Breuss, Ph.D., assistente professore di genetica clinica-pediatria e metabolismo presso la School of Medicine dell’Università del Colorado ed ex borsista post-dottorato nel laboratorio di Gleeson, “il confronto tra il vecchi e i giovani hanno mostrato poche differenze nelle mutazioni, dicendoci che queste mutazioni probabilmente sono nate quando il padre era un embrione, dove le mutazioni potrebbero risiedere inosservate fino a quando l’uomo non ha figli”.
Breuss ha chiarito che significa anche che gli spermatozoi sono ben protetti in una nicchia di cellule staminali, il che fa un buon lavoro nel mantenere le popolazioni di cellule staminali e il loro contributo relativo a ciascun campione di sperma umano.
“Riteniamo che queste mutazioni contribuiscano a un onere sostanziale per la salute umana”, ha affermato Gleeson, “causando potenzialmente il 15% dei casi di ASD, malattie cardiache congenite e gravi malattie pediatriche. Ma speriamo che identificando gli uomini a rischio, futuri casi di malattia può essere evitato”.
Secondo gli autori dello studio, la ricerca futura si concentrerà sull’identificazione delle cause delle mutazioni che si verificano negli uomini più anziani e sulle esposizioni ambientali che potrebbero spiegare gli aumenti osservati nelle mutazioni. Il team sta reclutando famiglie in cui un bambino ha una malattia a causa di una nuova mutazione e dove il padre può donare un campione di sperma per testare le prove della mutazione.
I ricercatori stanno anche lavorando con cliniche per l’infertilità per valutare se queste mutazioni a mosaico vengano trasmesse agli embrioni, con l’obiettivo di prevenire in definitiva le patologie all’eventuale prole.
Mutazioni dello sperma umano: ecco come si può rivelare il rischio di autismo nella futura prole.
Ad oggi, Le cause del disturbo dello spettro autistico o ASD non sono state completamente svelate. Gli esperti ritengono che sia la genetica che l’ambiente svolgano un ruolo fondamentale. In alcuni casi, il disturbo è legato a mutazioni de novo che compaiono solo nel bambino e non sono ereditate dal DNA di nessuno dei genitori.
Un team internazionale di scienziati, capitanati da ricercatori della University of California San Diego School of Medicine, descrive un metodo per misurare le mutazioni che causano malattie rintracciate solo nello sperma del padre, fornendo una valutazione più accurata del rischio di ASD nella futura prole.
“L’autismo interessa 1 bambino su 59 e sappiamo che una parte significativa è causata da queste mutazioni de novo del DNA, ma non sappiamo ancora quando e dove si verificheranno queste mutazioni“, ha dichiarato il co-autore senior Jonathan Sebat, Ph.D. , professore e capo del Beyster Center for Molecular Genomics of Neuropsychiatric Diseases presso la UC San Diego School of Medicine. “Con il nostro nuovo studio, possiamo far risalire alcune di queste mutazioni al padre e possiamo valutare direttamente il rischio che queste stesse mutazioni si ripetano nei futuri bambini”.
Ricerche recenti hanno rivelato che le mutazioni de novo dannose per i geni sono coinvolte in almeno il 10-30% dei casi di ASD, con il numero di mutazioni che aumenta con l’età del padre al momento del concepimento. Le mutazioni de novo si verificano spontaneamente nello sperma umano o negli ovuli dei genitori o durante la fecondazione. La mutazione è quindi presente in ogni cellula mentre l’ovulo fecondato si divide. Gli studi ora indicano lo sperma umano come una fonte particolarmente importante di queste mutazioni, con la possibilità che la mutazione si ripeta all’interno della stessa famiglia generalmente stimata dall’1 al 3%.
“Tuttavia, tali stime non si basano sulla conoscenza effettiva del rischio in una singola famiglia, ma si basano invece sulle frequenze nella popolazione generale“, ha affermato l’autore dello studio co-senior Joseph Gleeson, MD, professore di neuroscienze presso la UC San Diego. School of Medicine e direttore della ricerca neuroscientifica presso il Rady Children’s Institute for Genomic Medicine. “Quando una mutazione che causa la malattia, si verifica per la prima volta in una famiglia, non è nota la probabilità che possa verificarsi di nuovo nella prole futura. Pertanto, le famiglie devono prendere una decisione con molte incertezze”.
Per il loro studio, Gleeson, Sebat e colleghi hanno studiato lo sperma di otto padri che erano già genitori di bambini con ASD. L’obiettivo era quello di rintracciare la presenza di più materiale geneticamente diverso nelle cellule della stessa persona, un fenomeno chiamato mosaicismo. Usando il sequenziamento profondo dell’intero genoma, hanno trovato varianti nella prole che erano abbinate solo nello sperma dei padri.
“Mentre i libri di testo medici ci insegnano che ogni cellula del corpo ha una copia identica del DNA, questo non è fondamentalmente corretto. Le mutazioni si verificano ogni volta che una cellula si divide, quindi nessuna cellula del corpo è geneticamente identica“, ha specificato il primo autore Martin Breuss, Ph.D., un assistente scienziato del progetto nel laboratorio di Gleeson.
“Il mosaico può causare il cancro. Se una mutazione si verifica all’inizio dello sviluppo, sarà condivisa da molte cellule all’interno del corpo. Ma se una mutazione avviene solo nello sperma, allora può manifestarsi in un futuro figlio, ma non causare alcuna malattia al padre”. I ricercatori hanno rivelato che le mutazioni che causano la malattia erano presenti fino al 15% degli spermatozoi dei padri, informazioni che non potevano essere determinate con altri mezzi, come i campioni di sangue.
“Il mio laboratorio ha un interesse di lunga data nella comprensione delle origini della malattia cerebrale pediatrica e di come le mutazioni contribuiscono alla malattia in un bambino“, ha affermato Gleeson. “In precedenza abbiamo dimostrato che il mosaicismo in un bambino può portare a malattie come l’epilessia. Qui, dimostriamo che il mosaicismo in uno dei genitori è almeno altrettanto importante quando si pensa alla consulenza genetica”.
Se sviluppato in un test clinico, i ricercatori hanno affermato che i padri potrebbero far studiare il loro sperma per determinare il loro preciso rischio di recidiva nella futura prole. I metodi potrebbero essere applicati anche a uomini che non hanno ancora avuto figli, ma che vogliono conoscere il rischio di avere un figlio con una malattia.