Большая часть генетических мутаций приходит от отцов

За год в будущих сперматозоидах накапливается в несколько раз больше мутаций, чем в будущих яйцеклетках.

Исследователи из Исландского университета и компании deCODE, занимающейся геномными исследованиями, проанализировали геномы 14 000 жителей Исландии, и пришли к выводу, что хотя наследственные мутации приходят к любому человеку от обоих родителей, от отца таких мутаций приходит намного больше, чем от матери. Результат ожидаемый, однако чтобы понять, почему так происходит, нужно вспомнить немного биологии.

Наследственные мутации – те, которые переходят из поколения в поколение с помощью половых клеток; мутация, попавшая в ДНК сперматозоида или яйцеклетки, однозначно достанется зародышу, если, конечно, этот сперматозоид и эта яйцеклетка поучаствуют в оплодотворении.

Однако мужские и женские половые клетки формируются по-разному. И у тех, и других есть клетки-предшественники, которые делятся, наращивая число будущих сперматозоидов и яйцеклеток. Но если у женщин полный набор яйцеклеток на всю жизнь образуется еще до рождения, то у мужчин сперматозоиды появляются потом на протяжении почти всей жизни – то есть у мужчин клетки-предшественники продолжают делиться, делиться и делиться.

Мутации же, как известно, получаются из-за ошибок копирования, когда клетка синтезирует вторую копию ДНК перед делением. Поскольку предшественники сперматозоидов продолжают делиться, то и мутаций в ДНК сперматозоидов будет больше, чем в ДНК яйцеклеток. Конечно, на яйцеклетки действуют другие мутагенные факторы, и какие-то мутации в них появляются, однако намного реже, чем в мужских половых клетках. В статье в Nature говорится, что в незрелых яйцеклетках за год появляется в среднем всего 0,37 мутаций, тогда как в сперматогониях – клетках, которые дают начало сперматозоидам – 1,51 мутаций.

Изменения в ДНК при этом распределяются неравномерно: например, в геноме яйцеклеток есть участки, в которых мутации случаются в 50 раз чаще. Многое также зависит от характера мутаций, так как некоторые их разновидности с возрастом происходят реже, а у некоторых, наоборот, частота со временем повышается.

То, что некоторые участки ДНК более подвержены мутациям, можно опять же объяснить особенностями биологии половых клеток. Во время деления клетках-предшественниках гомологичные хромосомы (то есть пары материнских и отцовских хромосом) обмениваются участками – происходит так называемый кроссинговер. Но для того, чтобы обменяться участками, ДНК нужно разрезать. Разрывы потом зашиваются, но все эти события, вероятно, не проходят бесследно для ДНК, и некоторые генетические буквы в таких зонах обмена информацией оказываются не на своем месте.

Кроме того, известно, что молекулярные машины, которые ремонтируют ДНК и следят, чтобы в ней не появлялось мутаций, по-разному относятся к разным участкам генома: где-то они работают очень тщательно, а где-то – спустя рукава. Там, где молекулярные «ремонтники» не привыкли работать тщательно, мутаций будет больше.

Хотя мутации ассоциируются у нас обычно с чем-то плохим, далеко не все они приводят к болезням – очень многие вообще никак не влияют на работу генов, а есть и такие, которые оказываются очень даже полезными. Не будем забывать, что выживаемость вида зависит от изменчивости, а изменчивость – это мутации; если в популяции есть много разных особей, то, что бы ни случилось в окружающей среде, кто-нибудь из них да приспособится к новым условиям.

Кстати говоря, в геномах шимпанзе и горилл (но не у орангутанов) есть те же участки повышенной изменчивости в геноме, что и у человека. Можно предположить, что именно за счет таких зон, которые «притягивают» к себе мутации, эволюция приматов пошла по человеческому пути. Впрочем, прежде чем делать тут настолько далеко идущие выводы, стоит тщательнее сравнить «мутационные территории» в геномах человека и его ближайших эволюционных родственников.

По материалам The Scientist.