Si la exposición a la radiación de los padres puede tener consecuencias en sus hijos es una de las preguntas más antiguas en la biología de la radiación. Utilizando el nematodo Caenorhabditis elegans como modelo, el profesor Dr. Björn Schumacher y su equipo descubrieron que el daño por radiación al esperma maduro no se puede reparar, sino que se transmite a la descendencia. Por el contrario, los óvulos femeninos reparan con precisión el daño o, si el daño es demasiado grave, se eliminan y no se transmite el daño. Sin embargo, cuando el óvulo es fertilizado con un espermatozoide que ha sido dañado por la radiación, las proteínas reparadoras maternas que proporciona el óvulo intentan reparar el ADN paterno.
Para ello, se utiliza un mecanismo de reparación muy propenso a errores que fusiona aleatoriamente las piezas de ADN rotas. Estas fusiones aleatorias de las rupturas conducen luego a cambios estructurales en los cromosomas paternos. La descendencia que resulta de esto ahora lleva el daño cromosómico y, a su vez, su descendencia muestra graves defectos de desarrollo. El trabajo realizado en C. elegans sienta las bases para una mejor comprensión de los mecanismos de los efectos hereditarios de la exposición paterna a la radiación.
Este trabajo ahora se ha publicado bajo el título ‘Herencia del daño del ADN paterno por restricción de reparación mediada por histonas’ en Nature.
La descendencia que resulta de los animales machos que han estado expuestos a la radiación y los gusanos hembra sanos tienen las llamadas variaciones estructurales: conexiones aleatorias de partes cromosómicas. En la descendencia, estas aberraciones conducen a rupturas recurrentes, pero este daño ya no puede repararse. En cambio, los cromosomas dañados están protegidos de una reparación precisa por proteínas, las llamadas histonas, que empaquetan densamente las largas hebras de ADN. En el ADN densamente empaquetado, las proteínas reparadoras ya no pueden alcanzar las roturas. Las estructuras empaquetadas de ADN se mantienen unidas por las proteínas histonas específicas, HIS-24 y HPL-1. Cuando se eliminan esas proteínas histonas, el daño heredado del padre se elimina por completo y se puede producir una descendencia viable. El hallazgo de que las proteínas histonas gobiernan la accesibilidad del ADN para las reparaciones podría proporcionar objetivos terapéuticos efectivos para tratar el daño por radiación.
¿Es esto también relevante para el daño por radiación en humanos? Además del trabajo con nematodos, el equipo detectó las mismas variantes estructurales, o cromosomas ensamblados al azar, en humanos. También aquí, las aberraciones cromosómicas se transmitieron específicamente de los padres pero no de las madres. Para ello, los científicos analizaron varios conjuntos de datos del Proyecto Genoma 1000 que contiene datos genéticos de más de mil personas y del proyecto Islandic deCODE con datos genéticos de las respectivas madres, padres e hijos.
« Se cree que las aberraciones del genoma, 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 », dijo Schumacher. Esto significa que también en humanos, los espermatozoides maduros deben estar especialmente protegidos del daño por radiación, y los espermatozoides maduros dañados no deben usarse para la concepción. Agregó que « dicho daño podría infligirse potencialmente durante la radioterapia o la quimioterapia y, por lo tanto, presentar un riesgo en los dos meses que lleva generar nuevos espermatozoides para reemplazar al dañado ». Esto se debe a que, a diferencia de los espermatozoides maduros, los espermatozoides recién generados tienen la capacidad de reparar con precisión el daño.
Curiosamente, los científicos encontraron esas variaciones estructurales en los cromosomas también en nematodos en la naturaleza y en la población humana. Estos resultados sugieren que el daño al esperma maduro y la reparación incorrecta 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.
El estudio se llevó a cabo en el Instituto para la Estabilidad del Genoma en el Envejecimiento y la Enfermedad en el Clúster de Excelencia CECAD para la Investigación del Envejecimiento en la Universidad de Colonia y recibió financiamiento de la Fundación Alemana de Investigación (DFG).