DNA is niet de enige manier waarop vaders hun kinderen iets van zichzelf kunnen meegeven.
Het DNA dat ouders aan hun kinderen meegeven, is van grote invloed op hun gezondheid. Maar in de afgelopen jaren is ook herhaaldelijk aangetoond dat de gezondheid van kinderen tevens wordt gedicteerd door niet in DNA opgesloten eigenschappen van de vader. Denk aan zijn dieet, zijn overgewicht of stressniveau. Het roept een interessante vraag op. Want hoe ‘herinnert’ het sperma zich dat de vader in spe te zwaar of heel gestresst is? En hoe wordt die informatie tijdens de bevruchting precies overgebracht?
Doorbraak
Een nieuw onderzoek schept daar meer duidelijkheid over. “De grote doorbraak van deze studie is dat we een niet op DNA gebaseerde manier hebben gevonden waarop sperma zich de omgeving van de vader (bijvoorbeeld zijn dieet) kan ‘herinneren’ en ontdekt hebben hoe die informatie wordt doorgegeven aan het embryo,” aldus onderzoeker Sarah Kimmins.
Het doorgeven van deze niet op DNA gebaseerde informatie verloopt via het zogenoemde epigenoom, dat ook wel het besturingssysteem van DNA wordt genoemd. “Het epigenoom bestaat uit een laag chemische stofjes op de DNA-sequentie van het genoom,” legt onderzoeker Ariane Lismer uit. “Deze chemische stofjes bepalen of een gen aan of uit staat.”
Experimenten
Eerder brachten onderzoekers al in kaart hoe het epigenoom van zaadcellen afkomstig van muizen eruit kan zien. “Dat gaf ons belangrijke informatie,” stelt Lismer. “Maar er werd daarin nog geen verband gelegd tussen epigenetische aanpassingen in sperma en het behoud daarvan in embryo’s.” En zo bleef dus onduidelijk hoe vadermuizen exact de niet op DNA gebaseerde informatie aan hun nageslacht doorgaven. Om daar meer over te weten te komen, zetten Lismer en collega’s experimenten op met muizen. Hierbij manipuleerden ze het epigenoom van mannelijke muizen door deze een dieet voor te schotelen zonder folaat. Het resulteerde in veranderingen in zogenoemde methylgroepen. Dit zijn moleculen die zich kunnen koppelen aan histonen: eiwitten waar DNA zich omheen wikkelt om te voorkomen dat het in de knoop raakt. Hoe goed het rond de histonen gewikkelde DNA afleesbaar is, is afhankelijk van de methylgroepen die zich aan de histonen koppelen (een proces dat ook wel methylering wordt genoemd). Zo kunnen veranderingen in methylering van histonen ertoe leiden dat de DNA-sequentie wat losser komt te zitten en dus beter afleesbaar is, waardoor genen ook gemakkelijker geactiveerd kunnen worden. “Aan de andere kant zijn er ook aanpassingen in histonmethylering die ertoe leiden dat genen onderdrukt worden doordat het DNA juist strakker wordt getrokken en vrijwel ontoegankelijk is voor de processen die leiden tot genactivatie,” aldus Lismer.
Een incompleet dieet – zoals dat van de muizen die geen folaat gevoerd kregen – kan leiden tot dergelijke aanpassingen in methylering. En dat is dus ook exact wat onderzoekers zagen gebeuren: de aan histonen in sperma gekoppelde methylgroepen veranderden. Echt interessant werd het echter pas toen de onderzoekers het sperma met de aangepaste histonmethylering gebruikten om eicellen te bevruchten. Het resulteerde in embryo’s met een daadwerkelijk door deze aangepaste histonmethylering ingegeven veranderde genexpressie en afwijkingen aan de ruggenwervel en schedel. “Toen we de resultaten voor het eerst zagen, was dat heel opwindend, omdat niemand tot op dat moment in staat was geweest om na te gaan hoe deze omgevingsfactoren vanuit sperma aan het embryo worden doorgegeven.”
Verandering
“Dit is een enorme verandering als het gaat om wat we weten over erfelijkheid en ziekte,” meent Kimmins. Op dit moment wordt als het om erfelijke factoren gaat namelijk vooral gekeken naar DNA. Maar het lijkt de moeite waard om ook het epigenoom van sperma onder de loep te nemen. “Deze studie wijst erop dat we voor het begrijpen en voorkomen van bepaalde ziekten naar eiwitten in sperm moeten kijken.” Lismer onderschrijft dat. “De belangrijkste implicatie van dit onderzoek is dat methylering van histonen in sperma gevoelig is voor een slecht dieet en dat deze afwijkingen van histonen in sperma ook in het embryo standhouden. Het laat zien dat DNA niet de enige erfelijke informatie is die door het sperma aan het embryo wordt doorgegeven.”
Op dit moment onderzoeken de wetenschappers of het mogelijk is om de schadelijke veranderingen in de eiwitten in sperma weer gerepareerd kunnen worden. “Er zijn experimenten die suggereren dat dat kan,” stelt Lismer. “De productie van sperma is een voortdurend proces dat bij muizen zo’n 30 tot 31 dagen duurt. Het repareren van het epigenoom van sperma zou plaatsvinden voor bevruchting, door een aanpassing van dieet. Onze hypothese is dat het epigenoom van sperma gered kan worden als er gedurende het proces van spermaproductie een gezond dieet wordt gevolgd.”
Daarnaast wordt er ook gekeken hoe andere aspecten van de levens van vaders in spe, zoals hun gewicht en een eventuele blootstelling aan giftige stoffen van invloed is op de gezondheid van hun nageslacht. “Ook verkennen we verbanden die er zijn tussen het epigenoom van sperma en de vruchtbaarheid,” vertelt Lismer. Uiteindelijk hopen de onderzoekers natuurlijk alle geheimen van het epigenoom te ontrafelen. “Onze studie biedt hoop dat een beter begrip van wat er niet middels DNA wordt overgeërfd kan leiden tot nieuwe methoden om ziekten te voorkomen en kan resulteren in gezondere kinderen en volwassen.”
