热应力损害精子和生育 - 现在科学家知道为什么

雄性种系的DNA损伤

在暴露于热冲击后,使用Deltavision Ultra高分辨率宽田显微镜获得的C.杆状杆菌雄性种系的免疫荧光图像。DNA显示在青色(绿色 - 蓝色),DNA损伤的部位显示为洋红色焦点。在种系的减数区,高水平的DNA损伤是显而易见的。信用:尼科尔kurhanewicz的图像

使用蛔虫的项目揭示了一种导致由高温引起的男性不孕症的机制。

俄勒冈州大学生物学家使用了模型生物体Caenorhabditis的秀丽隐杆线,以确定产生的分子机制脱氧核糖核酸精子损伤并导致暴露在热水后的男性不孕症。

在人类中,精子生产的最佳温度均低于体温,在大约90-95摄氏度的范围内,人类研究发现,暴露于高于该正常范围的1℃(1.8°F)的温度不利影响男性生育能力,戴安娜利达,生物学和分子生物学研究所教授。yabo124

众所周知,热诱导的男性不孕症现象是众所周知的,并且已经广泛研究了现代曝光对热浴池,紧密衣服和过度驱动时间的热量。损伤精子和损害施肥的潜在机制并不完全理解。

“在人类和C.秀丽隐杆线上,温度的相对较小的增加就足以减少男性生育,”宝达说。

与未曝光精子相比,在C.杆状杆线虫中,在C.杆状杆线虫上高于正常的2℃(3.6°F)。受这些受损精子受精的鸡蛋未能产生后代。

该基础研究发现详述于2020年10月15日在线发布的,在线在线,在Chinesk目前的生物学yabo124由Libuda的UO实验室的研究人员。博士后研究员妮可A. kurhanewicz是该研究的领先作者。

具有DNA损伤的染色体

发展精子的3D建模推出热诱导的DNA损伤遗址。染色体以灰色描绘。DNA损伤的部位在黄色/红色焦点中看到。在每个热震动的精子细胞核上存在许多DNA损伤部位。用deltavision超高分辨率宽fferform显微镜拍摄的图像。3D模型是通过Bitplane与Imaris显微镜图像分析软件进行的。信用:尼科尔kurhanewicz的图像

该研究为科学家提供了一种追踪哺乳动物和人类的研究,以确认如果不参与该研究的十分病研究专家R. Scott Hawly表示,如果相同的机制为男性不育行为贡献。

霍利是密苏里州堪萨斯城的家庭医学研究所研究生院的国家科学院和Dean Emeritus的成员,听说过学术会议的初步调查结果。

“我认为这是一个标志的论文,因为它表明了一种改变特定的DNA序列的环境效果,大概是控制其活动的蛋白质,”霍利说。“戴安娜和妮可的工作已经做了什么是清楚地说出了什么问题,在分子的水平时,精子通过热量改变,至少在蠕虫中。”

本文还有助于了解减数分裂,产生性别细胞的过程,不同于精子和卵。

精子,一个人身体中最小的细胞,在体温低于体温的温度下形成数十亿,并在整个成人寿命期间产生。鸡蛋是人体中最大的细胞在内部形成,其中保持一致的温度,仅在胎儿发育过程中仅在有限时间内生产。

“我们知道精子的发育对温度的增加非常敏感,而鸡蛋发育不受影响,”Kurhanewicz说。“The data presented in this paper suggest that another way egg and sperm develop differently is in how tightly they control the ability of mobile DNA elements, which are also known as ‘jumping genes’ or transposons, to move in the genome, and how sensitive to heat stress those mechanisms are in preventing that movement.”

转座子是通过将自己插入新位置而移动和改变遗传信息的DNA段。他们在唤醒时也会留下DNA损坏。这些“跳跃基因”的运动通常在显影精子和鸡蛋中压抑。然而,该研究发现,随着热传递的暴露在显影精子上专门移动。

研究小组使用显微镜观察正常和热应力条件下的显影精子和卵。在后者中,研究人员在精子中看到了较高量的DNA损伤,而不是鸡蛋。使用下一代基因组测序,它们还识别全基因组的转座子的位置,并且没有暴露于热量。

“我们发现在热冲击后,在雄性基因组的新的和更可变的位置发现某些转座子,”Kurhanewicz说。

该研究,霍利表示,不仅表明温度较小的升高影响了减数分裂的划分,但她也识别了一种机制 - 不仅仅是错误发生但错误是什么。

“这是它变得令人兴奋的地方,”他说。“If we can determine how much of a change is bad, and if you are really concerned about the environmental matters such as hot tubs or ‘boxers versus briefs’, this type molecular understanding may allow us to reframe the debate on solid scientific grounds.”

参考文献:“升高的温度导致C. elegans spermatocytes中的转座子相关的DNA损伤”由妮可A.Kurhanewicz,Devin Dinwiddie,Zachary D. Bush和Diana E. Libuda,10月15日10月15日,目前的生物学yabo124
DOI:10.1016 / J.CUB.2020.09.050

本文的共同作者是Devin Dinwiddie,Bioincommatician和Zachary D. Bush,博士生,都是利邦达的实验室。

国家卫生研究院和懒人的SEARLE学者奖得到支持该项目。Kurhanewicz由NIH Ruth L. Kirschstein国家研究服务奖博士后奖学金支持。

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