Nature：揭示辐射对父亲DNA的损伤会遗传给后代

父代辐射暴露是否会对后代产生影响是辐射生物学中最长期存在的问题之一。在一项新的研究中，德国科隆大学的Björn Schumacher教授和他的团队使用秀丽隐杆线虫作为动物模型，发现成熟精子的辐射损伤不能被修复，反而会传递给后代。相关研究结果于2022年12月21日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Inheritance of paternal DNA damage by histone-mediated repair restriction”。

相反，雌性卵子要么准确地修复损伤，要么在损伤过于严重的情况下被消除，没有损伤被传递给后代。然而，当卵子与被辐射破坏的精子受精时，由卵子提供的母体修复蛋白试图修复父代DNA。为此，使用了一种极易出错的修复机制，将断裂的DNA片段随机融合。

这些断裂的DNA片段随机融合随后导致父本染色体的结构变化。由此产生的后代现在携带着染色体损伤，反过来他们的后代也显示出严重的发育缺陷。针对秀丽隐杆线虫开展的研究工作为更好地理解父代辐射影响的遗传机制奠定了基础。

接受过辐射的雄性线虫和健康的雌性线虫所产生的后代会携带所谓的结构变异---染色体部分的随机连接。在后代中，这些变异导致了反复的断裂，但这种损伤不再能被修复。相反，受损的染色体被密集地包裹着长链DNA的组蛋白所屏蔽，无法得到准确修复。

在受到密集包裹的DNA中，修复蛋白无法再到达断裂处。包装好的DNA结构被特定的组蛋白HIS-24和HPL-1紧紧固定在一起。当这些组蛋白被移除时，父代遗传的损伤被完全消除，可以产生有活力的后代。组蛋白支配DNA修复的可访问性，这一发现可以为治疗辐射损伤提供有效的治疗靶标。

这也与人类的辐射损伤有关吗？除了针对线虫开展的研究工作外，Schumacher团队还在人类中检测到了同样的结构变异，即随机组装的染色体。同样在人类中，染色体畸变是由父亲遗传而不是母亲。为此，他们分析了来自千人基因组计划（1000 Genome Project）和岛国deCODE项目的多种数据集。

父代电离辐射暴露会导致跨代胚胎死亡。图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05544-w。

Schumacher说，“基因组畸变，特别是染色体中的结构变异，在父系生殖系中产生，被认为会增加自闭症和精神分裂症等疾病的风险。这意味着在人类中，成熟的精子也需要特别保护，以免受到辐射损伤，而且受损的成熟精子不应该被用于受孕。”

他补充说，“这种损伤有可能是在放疗或化疗期间造成的，因此在产生新精子取代受损精子所需的两个月内会造成风险。这是因为与成熟的精子相比，新生成的精子有能力准确修复这种损伤。”

有趣的是，这些作者在野外的线虫和人类群体的染色体中也发现了这些结构变异。这些结果表明，成熟精子的损伤和子宫内父系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，并可能是导致人类遗传疾病的原因。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Siyao Wang et al. Inheritance of paternal DNA damage by histone-mediated repair restriction. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05544-w.

2. Radiation damage to paternal DNA is passed on to offspring: Study
https://phys.org/news/2022-12-paternal-dna-offspring.html