استرس گرما به اسپرم و باروری آسیب می رساند – اکنون دانشمندان دلیل آن را می دانند
تصویر ایمونوفلورسانس از خط جوانه زنی نر C. elegans ، پس از قرار گرفتن در معرض شوک گرما ، با میکروسکوپ پهن میدان با وضوح بالا DeltaVision Ultra High به دست آمده است DNA به رنگ فیروزه ای (آبی مایل به سبز) و محل های آسیب DNA به صورت کانون های سرخابی نشان داده شده است. سطح بالایی از آسیب DNA در ناحیه میوز از خط جوانه زنی آشکار است.
پروژه با استفاده از کرم های گرد مکانیزمی را کشف می کند که منجر به ناباروری مردان ناشی از دمای بالا می شود.
زیست شناسان دانشگاه اورگان از ارگانیسم مدل Caenorhabditis elegans برای شناسایی مکانیسم های مولکولی تولید DNA استفاده کرده اند آسیب در اسپرم می شوند و در نتیجه قرارگرفتن در ناباروری مردان پس از قرار گرفتن در معرض گرما استفاده کرده اند.
در انسان ، دمای مطلوب برای تولید اسپرم دقیقاً زیر دمای بدن است ، در محدوده ای حدود 90-95 درجه فارنهایت. مطالعات انسانی نشان داده است که قرار گرفتن در معرض دمای 1 درجه سانتیگراد (1.8 درجه فارنهایت) بالاتر از این محدوده طبیعی ، تأثیر نامطلوبی دارد دیانا لیبودا ، استاد گروه زیست شناسی و انستیتوی زیست شناسی مولکولی ، گفت: باروری مردان.
پدیده ناباروری مردان ناشی از گرما به خوبی شناخته شده است ، و اثرات قرار گرفتن در معرض مدرن در برابر گرما مانند وان ها ، لباس های تنگ و زمان رانندگی بیش از حد مورد مطالعه قرار گرفته است. مکانیسم های اساسی که به اسپرم آسیب می رسانند و لقاح را مختل می کنند کاملاً شناخته نشده اند.
لیبودا گفت: “هم در انسان و هم در C. elegans افزایش نسبتاً کمی دما برای کاهش باروری مردان کافی است.”
افزایش 2 درجه سانتیگراد (3.6 درجه فارنهایت) بالاتر از حد نرمال در C. elegans ، نوعی کرم گرد ، منجر به افزایش 25 برابری آسیب DNA در تولید اسپرم در مقایسه با اسپرم در معرض نور نشده است. تخمهایی که توسط این اسپرم آسیب دیده بارور می شوند ، نمی توانند فرزندان تولید کنند.
این اکتشاف تحقیق اساسی در مقاله ای که در 15 اکتبر 2020 بصورت آنلاین در مجله Current Biology توسط محققان آزمایشگاه UO Libuda منتشر شده است ، شرح داده شده است. محقق فوق دکترا ، نیکول کورهانویچ ، نویسنده اصلی این تحقیق است.
مدل سازی سه بعدی اسپرم در حال توسعه از مکانهای آسیب DNA ناشی از گرما است. کروموزوم ها به رنگ خاکستری به تصویر کشیده شده اند. سایتهای آسیب DNA در کانونهای زرد / قرمز دیده می شود. مکانهای زیادی از آسیب DNA در هر هسته اسپرماتوسیتهای گرمازدگی وجود دارد. تصویر گرفته شده با یک میکروسکوپ گسترده میدان DeltaVision Ultra High Resolution. مدل سازی سه بعدی با نرم افزار Imaris Microscopy Image Analysis توسط Bitplane انجام شد.
R. Scott Hawley ، یک متخصص تحقیق در مورد میوز ، که در این تحقیقات نقش نداشته است ، گفت: این مطالعه برای دانشمندان جهت دستیابی به مطالعات روی پستانداران و انسانها یک نقشه راه فراهم می کند تا تأیید کنند آیا مکانیسم های مشابه در ناباروری مردان م contributeثر است.
هاولی ، عضو آکادمی ملی علوم و رئیس محترم دانشکده تحصیلات تکمیلی موسسه تحقیقات پزشکی استوورز در کانزاس سیتی ، میسوری ، در مورد یافته های اولیه در یک کنفرانس دانشگاهی شنیده بود.
هاولی گفت: “من فکر می کنم این یک مقاله شاخص است زیرا اثر محیطی را نشان می دهد که توالی های خاص DNA و احتمالاً پروتئین هایی را کنترل می کند که فعالیت آنها را کنترل می کنند.” “کاری که دیانا و نیکول انجام داده اند این است که به وضوح بگوییم چه اشتباهی رخ می دهد ، در سطح مولکول ها ، هنگامی که اسپرم سازی توسط گرما ، حداقل در کرم ها تغییر می کند.”
این مقاله همچنین به درک چگونگی تفاوت میوز ، فرآیند تولید سلولهای جنسی ، بین اسپرم و تخمک کمک می کند.
اسپرم ، کوچکترین سلول در بدن فرد ، میلیاردها در دمای کمتر از دمای بدن تشکیل می شود و در کل طول عمر بزرگسالان تولید می شود. تخم مرغ ، بزرگترین سلولهای بدن فرد ، در داخل تشکیل می شود ، در آنجا دمای ثابت حفظ می شود و فقط برای مدت زمان محدودی از رشد جنین تولید می شود.
Kurhanewicz گفت: “ما می دانیم که رشد اسپرم نسبت به افزایش دما بسیار حساس است ، در حالی که رشد تخمک تحت تأثیر قرار نمی گیرد.” “داده های ارائه شده در این مقاله نشان می دهد که روش دیگری که تخم و اسپرم به طور متفاوتی رشد می کنند این است که چگونه آنها توانایی کنترل عناصر DNA متحرک را که به ژن های پرنده یا ترانسپوزون ها نیز معروف هستند ، برای حرکت در ژنوم کنترل می کنند و برای استرس گرمایی ، این مکانیسم ها در جلوگیری از این حرکت هستند. “
ترانسپوزون ها بخش های DNA هستند که با قرار دادن خود در موقعیت های جدید ، به اطراف حرکت می کنند و اطلاعات ژنتیکی را تغییر می دهند. آنها همچنین آسیب DNA را در پی خود برجای می گذارند. حرکت این “ژن های پرنده” به طور معمول در ایجاد اسپرم و تخمک سرکوب می شود. با این حال ، این مطالعه نشان داد که با قرار گرفتن در معرض انتقال گرما به طور خاص در حال توسعه اسپرم است.
تیم تحقیقاتی از میکروسکوپ برای مشاهده اسپرم و تخمک در شرایط عادی و تحت فشار گرم استفاده کردند. در مورد اخیر ، محققان مقادیر بیشتری از آسیب DNA را در اسپرم مشاهده کردند ، اما تخمک ها را تخریب نکردند. با استفاده از توالی یابی ژنوم نسل بعدی ، آنها همچنین مکان های ترانسپوزون ها را در کل ژنوم با و بدون قرار گرفتن در معرض گرما شناسایی کردند.
Kurhanewicz گفت: “ما دریافتیم که پس از شوک گرمایی ، ترانزپوزونهای خاصی در مکانهای جدید و متغیرتر در ژنوم مرد یافت می شوند.
به گفته هاولی ، این مطالعه نه تنها نشان می دهد كه افزایش ناچیز دما بر تقسیمات میوتیك تأثیر می گذارد ، بلكه او همچنین یك سازوكار را شناسایی می كند – نه تنها در جایی كه خطا رخ می دهد بلكه خطا چیست.
وی گفت: “اینجاست که هیجان انگیز می شود.” “اگر ما بتوانیم تعیین کنیم که چه میزان از تغییرات بد است ، و اگر شما واقعاً نگران مسائل زیست محیطی مانند وان های آبگرم یا” بوکسورها در برابر خلاصه ها “هستید ، این درک مولکولی ممکن است به ما این امکان را بدهد که بحث و گفتگو را بر اساس مبانی علمی جامع دوباره تنظیم کنیم. “