Förändringar i sperma-RNA kan bilda framtida generationer, varnar forskare

Medan resten av världen debatterar etiken hos designerbarn, har ett team på University of Massachusetts Medical School (UMass) visat att vi kanske inte behöver CRISPR för att ändra gener av kommande generationer. Deras papper, släpptes i veckan i tidningen Utvecklingscell, visar att saker som kost och stress kan påverka några avgörande genetisk komponenter i spermier, och att dessa små förändringar har verkliga effekter på hur barn utvecklas.

På samma sätt som raketer som är bundna till yttre rymden innehåller "nyttolast" som satelliter eller astronauter som kämpar med jätte bollar av urin, är spermier också som små raketer innehållande egen last: "små RNA". Denna studie visade att inte bara RNA-sekvenser spelar en avgörande roll i hur gener får uttryckas tidigt i mänsklig utveckling, men de kan också radikalt förändras av fädernas livsstil. Saker som diet och i synnerhet stress kan förändra sminken i denna viktiga RNA-last och leda till observerbara förändringar i avkommor, säger forskare Colin Conine, Ph.D., på UMass Medical School's Rando Lab.

"Labs över hela världen har kunnat koppla förändringar i fars livsstil till förändringar i RNA i spermierna, och sedan leder det till fenotyper i avkomman", säger Conine. Omvänd. "Vår studie var en av de första att verkligen titta på hur förändringar små RNA påverkar tidig utveckling. Vi ville fråga, vilka är de första stegen som leder till dessa fenotyper på vägen?"

För att göra detta förestod forskarna ett experiment där de testade hur spermier från olika områden av mus-testiklar påverkade genuttryck i några petri-skålembryon. Sperma från caput (latin för "huvud") eller toppen av testikeln har faktiskt olika typer av RNA som spermier samlas in från cauda (latin för "svans") eller botten av testikeln, där den väntar tålmodigt i en reservoar som ska ejaculeras. Det var märkligt att detta faktiskt fungerade som ett bra sätt att testa hur livsstilsförändringar faktiskt kan förändra spermiernas interaktion med embryon eftersom det gjorde det möjligt för forskarna att undersöka hur skillnader i RNA (som de som följer av kost eller stress) kan påverka hur embryon utvecklas.

Injektion av dessa olika typer av spermier i embryonerna gav några konstiga resultat. När de injicerade kaputsperma i embryon tenderade de att överuttrycka vissa gener och i vissa, så småningom misslyckas, något som laget betecknade som en "dödlig fenotyp". Men ännu mer speciellt kunde de bevisa att RNA i sperma är viktigt för embryonutveckling genom att visa en omvänd effekt. Conine säger att de kunde spara några av dessa dömda embryon genom att injicera dem med RNA från testikelens cauda-del, som innehöll frisk, mogen sperma.

"Det verkar som att små RNA i spermierna kan reglera genuttryck i embryot", säger han. "Men det är ganska klart att vi kan rädda dessa förändringar i genuttryck genom att ge tillbaka de RNA som vi vet faktiskt uppnås normalt under spermmognad."

Dessa resultat visar en typ av orsak och effekt, även om Conine fortfarande är osäker på hur denna kommandokedja verkligen utvecklas i detalj. Livets aspekter, som stress eller diet, förändrar nivåerna av specifika typer av RNA i spermier. Dessa RNA levereras sedan av sperma till embryot där denna studie har visat att det kan leda till några konstiga mönster av genuttryck i framtiden. Den viktiga avhämtningen är att förändringar i pappas RNA sannolikt leder till någon form av förändring i embryot.

Vid den här tiden vet vi inte faktiskt om dessa nya mönster av genuttryck kanske nödvändigtvis är dåliga, säger Conine, men de kommer definitivt att vara olika. Det kan ta år innan vi verkligen förstår vad de verkliga förändringarna kommer att bli hos människor som bärs av embryon med konstiga RNA-sekvenser. Men studier som detta är en start.