Il sistema riproduttivo maschile funge da focolaio per la comparsa di nuovi geni. Tuttavia, questo non chiarisce perché i padri anziani trasmettano più mutazioni rispetto i padri giovani. I meccanismi che potrebbero essere alla base di queste tendenze, ben documentate, sono rimasti a lungo un mistero. Ora, un nuovo studio pubblicato sulla rivista Nature Ecology & Evolution da scienziati della Rockefeller University descrive il motivo per cui i maschi più anziani hanno maggiori probabilità di trasmettere mutazioni alla loro prole. I ricercatori del laboratorio del Professore Li Zhao hanno studiato le mutazioni che si verificano durante la produzione di sperma dalle cellule germinali sui moscerini della frutta o Drosofila (Drosophila (Sophophora) melanogaster Meigen, 1830), nota come spermatogenesi. Hanno scoperto che le mutazioni sono comuni nei testicoli dei moscerini della frutta sia giovani che vecchi, ma più abbondanti nei moscerini più vecchi. Inoltre, molte di queste mutazioni sembrano essere eliminate nei moscerini più giovani durante la spermatogenesi, dai meccanismi di riparazione genomica dell’organismo. “I nostri risultati indicano che in ogni fase della spermatogenesi, ci sono più mutazioni per molecola di RNA nei moscerini più vecchi che in quelle più giovani”, spiega il primo autore Evan Witt, biologo computazionale presso la Biomarin Pharmaceuticals.
I genomi si mantengono in ordine grazie a una serie di meccanismi di riparazione. I testicoli hanno il più alto tasso di espressione genica di qualsiasi organo. Inoltre, i geni altamente espressi nella spermatogenesi tendono ad avere meno mutazioni di quelli che non lo sono. Una teoria per spiegare perché i testicoli esprimono così tanti geni sostiene che potrebbe essere una sorta di meccanismo di sorveglianza genomica, un modo per rivelare, e quindi eliminare, le mutazioni problematiche. Ma quando si tratta di spermatozoi più vecchi, hanno scoperto i ricercatori, l’estirpatore apparentemente si spegne.
Mutazioni ereditate o nuove?
Per ottenere questi risultati, gli scienziati del Laboratory of Evolutionary Genetics and Genomics hanno effettuato il sequenziamento a singola cellula dell’RNA dei testicoli di circa 300 moscerini della frutta, metà dei quali giovani (48 ore di vita) e metà vecchi (25 giorni di vita), portando avanti una linea di indagine iniziata nel 2019. Per capire se le mutazioni rilevate fossero somatiche, ovvero ereditate dai genitori dei moscerini, o de novo, ovvero sorte nella linea germinale del singolo moscerino, hanno poi sequenziato il genoma di ogni moscerino. Sono stati in grado di documentare che ogni mutazione era originale. “Possiamo dire direttamente che questa mutazione non era presente nel DNA nelle sue cellule somatiche dello stesso moscerino”, dice Witt. “Sappiamo che si tratta di una mutazione de novo”.
Questo approccio non convenzionale – l’identificazione delle mutazioni genomiche dal sequenziamento dell’RNA di una singola cellula e il successivo confronto con i dati genomici – ha permesso ai ricercatori di associare le mutazioni al tipo di cellula in cui si sono verificate. “È un buon modo per confrontare il carico mutazionale tra i vari tipi di cellule, perché è possibile seguirle durante tutta la spermatogenesi”, spiega Witt.
Il legame con l’uomo
Il prossimo passo è quello di espandere l’analisi a gruppi di mosche di età maggiore e verificare se questo meccanismo di riparazione della trascrizione può verificarsi o meno e, in caso affermativo, identificare le vie responsabili, dice Witt. “Quali geni”, si chiede, “determinano davvero la differenza tra mosche vecchie e giovani in termini di riparazione delle mutazioni?”.
Poiché i moscerini della frutta hanno un alto tasso di riproduzione, lo studio dei loro modelli di mutazione può offrire nuovi spunti di riflessione sugli effetti delle nuove mutazioni sulla salute umana e sull’evoluzione, afferma Zhao. Witt aggiunge: “Non si sa se un germe maschile più mutato sia più o meno fertile di uno meno mutato. Non ci sono state molte ricerche in merito, se non a livello di popolazione. E se le persone ereditano un maggior numero di mutazioni dai padri che invecchiano, questo aumenta le probabilità di disturbi genetici de novo o di alcuni tipi di cancro”.
