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科学家揭示高温导致男性不育的原因, 短暂受热就会诱发精子大量DNA损伤

发布时间:2020-11-06 16:05:59 | 来源:【中国生物技术发展中心 11月5日】
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热激诱导男性不育的现象已经得到了广泛研究和认可,例如,热水泡浴、穿着过于紧身的裤子,以及长时间驾驶,都会导致局部过热,从而影响男性生育功能。然而,其背后的具体机制尚不完全清楚。

2020年10月15日,美国俄勒冈大学的研究人员在Cell 子刊Current Biology杂志发表了题为“Elevated Temperatures Cause Transposon-Associated DNA Damage in C. elegans Spermatocytes”的研究论文。该研究表明,精子对高温的耐受性较差,短时间的热激处理,就会导致原本被抑制的转座子重新活跃,从而导致过度的DNA损伤和基因组改变,最终损害生育能力。

研究人员使用了秀丽隐杆线虫作为模式动物进行研究。将线虫短暂暴露于升高2℃的环境中进行2小时的短暂热激处理,通过显微观察在正常和热激条件下发育的精子和卵子。结果表明,仅仅短时间增加了2℃,秀丽隐杆线虫精原细胞在减数分裂前期和I期中的双链DNA断裂(DSB)最多增加了25倍,而且,这些精子的受精卵未能产生后代。同时,研究发现,这些双链DNA断裂(DSB)与细胞内的核酸内切酶无关。

进一步,研究人员使用高通量基因组测序,确定了在正常条件下和热激条件下,“跳跃基因”(转座子Transposons)在整个基因组中所处的位置。结果发现,在热激处理后,精子中一些新的位置出现了“跳跃基因”。在精母细胞减数分裂形成精子的过程中,热激诱导的双链DNA断裂(DSB)的产生与Tc1转座子有关。研究还发现,卵子形成过程中,热激处理不会导致双链DNA断裂(DSB)或Tc1转座子的跳跃增加。

该研究显示出环境效应可以改变特定DNA序列以及可能控制其活性的蛋白质,这项工作在分子水平上说明了在生成精子过程中受热到底会发生哪些改变。更重要的是,这项研究为科学家在哺乳动物和人类中研究是否相同的机制导致了热激诱导男性不育指明了方向。

目前,全球变暖情况加剧,世界各地屡屡出现破纪录的高温天气,这将导致许多动物面临不育甚至物种灭绝的风险,也将最终影响人类。了解温度对精子产生的影响及其背后的机制,有助于了解环境改变对生物体的繁殖能力和种群的影响。

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