Een zaadcel of spermatozoön bevrucht een eicel.
TIM VERNON / SCIENCE PHOTO LIBRARY

Hoe sperma "herinneringen" doorgeeft aan de nakomelingen

Canadese onderzoekers hebben een mechanisme ontdekt dat losstaat van het DNA en dat informatie over de levensomstandigheden van de vader doorgeeft aan de nakomelingen via het sperma. De onderzoekers hopen dat hun ontdekking zal leiden tot nieuwe manieren waarop we het doorgeven en voorkomen van ziekten kunnen bestuderen. 

Het is al lang bekend dat het DNA van de ouders de belangrijkste determinant is, de belangrijkste erfelijke factor, voor de gezondheid van de nakomelingen en het zich voordoen van bepaalde ziektes. 

Maar overerving via DNA is maar een deel van het verhaal: zo blijkt dat ook de levensstijl van de vader, bijvoorbeeld zijn dieet, of hij overgewicht heeft of blootstaat aan stress, gevolgen kan hebben voor de gezondheid van zijn nakomelingen. Dat fenomeen vindt plaats door epigenetica - erfelijke biochemische merktekens die verbonden zijn met het DNA en met proteïnen - eiwitten - die zich aan DNA binden. 

Hoe die epigenetische informatie bij de bevruchting wordt doorgegeven en welke mechanismen en moleculen in het sperma een rol spelen in dit proces, was tot nu toe niet duidelijk. 

Een nieuwe studie heeft nu voor een doorbraak gezorgd door niet-DNA-moleculen te identificeren die informatie doorgeven over de omstandigheden waarin de vader geleefd heeft.   

Menselijk sperma, 2.500 keer vergroot met een rasterelektronenmicroscoop.
Enver Kerem Dirican/Wikimedia Comons/CC BY-SA 4.0

Veranderingen in de sperma-proteïnen beïnvloeden de nakomelingen

Om vast te stellen hoe informatie die de ontwikkeling beïnvloedt, doorgegeven wordt aan de embryo's, manipuleerden de onderzoekers het epigenoom - het geheel aan epigenetische informatie - door mannelijke muizen een dieet te geven met een tekort aan folaat. 

Folaat is een vitamine dat vroeger vitamine B11 werd genoemd en het wordt aangeraden dat vrouwen die zwanger willen worden, supplementen van de synthetische vorm ervan, foliumzuur, innemen voor en tijdens de eerste weken van de zwangerschap omdat het de kans op een aantal aandoeningen bij de baby aanzienlijk vermindert. 

De onderzoekers keken vervolgens welke invloed  het tekort aan folaat had op bepaalde groepen van moleculen in proteïnen die verbonden zijn met DNA. Ze ontdekten dat het dieet veranderingen veroorzaakte bij een bepaalde groep van moleculen - methylgroepen - die verbonden zijn aan histon-proteïnen. 

Histonen zijn proteïnen in de celkern die dienen als spoelen waar het DNA zich rondwindt om nucleosomen te vormen. Histonen vermijden dat het DNA, dat een zeer lange streng vormt, in de war raakt en ze beschermen het DNA tegen beschadiging.

De veranderingen in de methylgroepen op de histonen leidden tot veranderingen in de expressie van genen in de embryo's en tot geboorteafwijkingen aan de ruggengraat en de schedel. 

Opmerkelijk was dat de veranderingen van de methylgroepen op de histonen doorgegeven werden bij de bevruchting en aanwezig bleven in het zich ontwikkelende embryo. 

"Onze volgende stap wordt het onderzoeken of deze schadelijke veranderingen die in de histonen van het sperma opgewekt zijn door het dieet, hersteld kunnen worden", zei dokter Sarah Kimmins. "Uit opwindend nieuw werk dat we aan het doen zijn, zou kunnen blijken dat dat inderdaad het geval is. Dit onderzoek geeft ons de hoop dat we, door onze kennis uit te breiden over wat er overgeërfd wordt buiten enkel het DNA, mogelijk nieuwe wegen zullen vinden om ziekten te voorkomen, wat zal leiden tot gezondere kinderen en volwassenen."

Sarah Kimmins is een onderzoeker gespecialiseerd in epigenetica aan de McGill University in Quebec en de senior auteur van de nieuwe studie. De studie bouwt voort op 15 jaar onderzoek van haar onderzoeksgroep.

Histonen - er zijn vijf families van - vormen een nucleosoom. Nucleosomen vormen op hun beurt weefsels van dicht opeengepakt chromatine, een complex van DNA en proteïnen.
Richard Wheeler (Zephyris)/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0

"Een paradigmaverschuiving in onze kennis over erfelijkheid"

"De grote doorbraak met deze studie is dat we een niet op DNA gebaseerde manier hebben geïdentificeerd waarop sperma zich de levensomstandigheden van de vader herinnert en die informatie doorgeeft aan het embryo", zei Kimmins. 

"Het is opmerkelijk, aangezien het een belangrijke verschuiving betekent in verband met wat er geweten is over erfelijkheid en ziekten, van een visie die uitsluitend gebaseerd is op DNA naar één die nu ook spermaproteïnen omvat. Deze studie opent de deur naar de mogelijkheid dat de sleutel tot het begrijpen en voorkomen van bepaalde ziekten, te maken zou kunnen hebben met proteïnen in sperma." 

"Toen we voor het eerst de resultaten zagen, was dat opwindend, omdat niemand tot nu in staat was gebleken om na te gaan hoe die erfelijke milieu-handtekeningen doorgegeven worden van het sperma aan het embryo", zei dokter in spe Ariane Lismer van de McGill University, de eerste auteur van de studie. 

"Het gaf vooral veel voldoening omdat het een hele uitdaging was om op het moleculaire niveau van de embryo's te werken, alleen al door het feit dat je zo weinig cellen hebt voor epigenetische analyse. Het is enkel dankzij nieuwe technologie en nieuwe epigenetische hulpmiddelen dat we deze resultaten hebben kunnen boeken", zo zei Lismer. 

De studie van de onderzoekers van de McGill University, de University of British Columbia en de Concordia University in Quebec is gepubliceerd in Developmental Cell. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van de McGill University.    

Epigenetica

De manier waarop bijvoorbeeld de voedingsgewoonten van de moeder en de vader een invloed kunnen hebben op de gezondheid van het kind, ligt in de epigenetica.

Bij die epigenetica treden er veranderingen op, niet in het DNA zelf, dat zouden genetische veranderingen zijn, maar in stoffen die zich binden aan het DNA. Dat is het geval bij 'methylatie', waarbij bepaalde genen in het DNA al dan niet een methylgroep krijgen, die de genen kan aan- of afzetten. 

Die kleine veranderingen rond het DNA, die plaatsvinden tijdens de ontwikkeling van het embryo, kunnen blijvende veranderingen teweegbrengen die de gezondheid van het kind op latere leeftijd beïnvloeden.

De veranderingen kunnen worden veroorzaakt door de voeding van de moeder, bij de man wordt het methylatie-patroon vastgelegd tijdens de periode waarin de spermacellen zich ontwikkelen. Dat duurt zo'n drie maanden, en gedurende die periode kan de voeding van de vader veranderingen in de methylatie veroorzaken die uiteindelijk doorgegeven worden aan het kind. Dat blijkt onder meer het geval te zijn met genen die een verband houden met obesitas, zwaarlijvigheid.

Meest gelezen