Μελέτη και ταυτοποίηση γενωμικών ανασυνδυασμών των μιτοχονδρίων και των τελομερών στα σπερματοζωάρια
Authors: Μουστακλή Ευθαλία 
Published: May 2024

Προηγούμενη έρευνα έχει τεκμηριώσει τον ζωτικό ρόλο των τελομερών στην ανθρώπινη γονιμότητα. Τα τελομερή αποτελούν προϋποθέσεις για τη διατήρηση της ακεραιότητας των χρωμοσωμάτων αποτρέποντας την απώλεια γενετικού υλικού μετά από γεγονότα αντιγραφής. Λίγα είναι γνωστά για τη συσχέτιση μεταξύ του μήκους των τελομερών του σπέρματος και της μιτοχονδριακής ικανότητας που περιλαμβάνει τη δομή και τις λειτουργίες του. Τα μιτοχόνδρια είναι δομικά και λειτουργικά διακριτά οργανίδια που βρίσκονται στο μεσαίο τμήμα του σπερματοζωαρίου. Κύριος ρόλος τους αποτελεί η παραγωγήτριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP) μέσω της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης (OXPHOS), η οποία είναι απαραίτητη για την κινητικότητα του σπέρματος και τη δημιουργία αντιδραστικών ειδών οξυγόνου (ROS). Παρόλο που μια μέτρια συγκέντρωση ROS είναι κρίσιμη για τη σύντηξη και τη γονιμοποίηση ωαρίων-σπερματοζωαρίων, η υπερβολική παραγωγή ROS σχετίζεται, κυρίως, με τη βράχυνση των τελομερών, τον κατακερματισμό του DNA του σπέρματος και τις αλλαγές στο πρότυπο μεθυλίωσης που οδηγεί σε ανδρική υπογονιμότητα. Η μιτοχονδριακή δυσλειτουργία αποτελεί παράγοντα κινδύνου στην παθογένεση μεταβολικών διαταραχών. Σύμφωνα με τις ενεργειακές απαιτήσεις, η οξειδωτική φωσφορυλίωση και η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων συνεργάζονται για να παράγουν ATP σε επαρκείς ποσότητες στα μιτοχόνδρια των ευκαρυωτικών κυττάρων. Η μη φυσιολογική μιτοχονδριακή δραστηριότητα προκαλεί συσσώρευση λίπους και αντίσταση στην ινσουλίνη, καθώς τα κύτταρα απαιτούν μια ισορροπία μεταξύ της παραγωγής ATP με οξειδωτική φωσφορυλίωση (OXPHOS) στα μιτοχόνδρια και της διάχυσης της βαθμίδας πρωτονίων για τη μείωση της βλάβης από τα αντιδραστικά είδη οξυγόνου (ROS).Το μιτοχονδριακό DNA είναι απαραίτητο για την κυτταρική σύνθεση ενέργειας και έχει επιπτώσεις σε διαταραχές που σχετίζονται με την ηλικία. Τα τελομερή, τα προστατευτικά καλύμματα στα άκρα των χρωμοσωμάτων, παίζουν σημαντικό ρόλο στη γήρανση και τη γήρανση των κυττάρων, σε αντίθεση με το δείκτη μάζας σώματος, ο οποίος χρησιμοποιείται συνήθως ως μέτρο της γενικής υγείας και της παχυσαρκίας. Έχει προσδιοριστεί ότι το μήκος των τελομερών στα ανθρώπινα σπερματοζωάρια είναι περίπου 6-20kb, μεγαλύτερο από αυτό στα σωματικά κύτταρα. Η διάταξη των τελομερών στα σπερματοζωάρια, συγκεκριμένα η θέση τους κοντά στην πυρηνική μεμβράνη ή στην πυρηνική περιφέρεια, πιθανών εξυπηρετεί κάποιους σκοπούς. Αρχικά, ενδέχεται να διευκολύνει την πρόσβαση του ωαρίου σε αυτές τις περιοχές κατά τη διάρκεια της γονιμοποίησης, επηρεάζοντας δυνητικά την ανάπτυξη των προπυρήνων. Μια άλλη εξήγηση για τη διαφορική κατανομή των τελομερών σε σχέση με τα υπογόνιμα αρσενικά θα μπορούσε να είναι ότι η κακή θέση των τελομερών καθιστά το ωοκύτταρο λιγότερο προσβάσιμο, γεγονός που θα μπορούσε να είναι η αιτία της υπογονιμότητας. Η κατανομή των τελομερών σε αυτή την περίπτωση μπορεί να υποδηλώνει υπογονιμότητα, αλλά μπορεί επίσης να είναι η αιτία της υπογονιμότητας και όχι απλώς ένα σύμπτωμα σε έναν υπογόνιμο άνδρα. Δεδομένου ότι τα τελομερή συνδέονται με ιστόνες και τοποθετούνται κοντά στα πυρηνικά όρια, υποτίθεται ότι αυτό μπορεί να έχει λειτουργική επίδραση στη διαδικασία της γονιμοποίησης. Σε πρώτη φάση, με τη μέθοδο της ποσοτικής αντίδρασης πολυμεράσης (q-PCR) και τη χρήση κατάλληλων ζευγών εκκινητών προσδιορίσαμε την έκφραση του μιτοχονδριακού περιεχομένου σε σπερματοζωάρια. Προσδιορίστηκε, λοιπόν, ότι στους άνδρες με φυσιολογικό ΔΜΣ το μιτοχονδριακό περιεχόμενο έχει θετική συσχέτιση τόσο με το ΔΜΣ όσο και με την προοδευτική κινητικότητα. Επίσης, στην ίδια ομάδα ο λόγος μιτοχονδριακού προς πυρηνικού DNA είχε θετική συσχέτιση με το ΔΜΣ. Στους υπέρβαρος άνδρες το μιτοχονδριακό περιεχόμενο δεν παρουσίασε κάποια συσχέτιση με το ΔΜΣ και με την προοδευτική κινητικότητα. Τέλος, για την παχύσαρκη ομάδα ανδρών βρέθηκε ότι ο σχετικός αριθμός αντιγράφων μιτοχονδριακού DNA είχε θετική συσχέτιση με την προοδευτική κινητικότητα. Σε δεύτερη φάση, Σε δεύτερη φάση, προσδιορίστηκε το σχετικό μήκος των τελομερών με τη χρήση της μεθόδου ποσοτικής αντίδρασης πολυμεράσης και την επιλογή κατάλληλων ζευγών εκκινητών. Αποδείχθηκε, λοιπόν, ότι στην ομάδα των παχύσαρκων ανδρών το σχετικό μήκος των τελομερών είχε θετική συσχέτιση με το ΔΜΣ. Η αξιολόγηση του σχετικού μήκους των τελομερών για τις ομάδες ανδρών με φυσιολογικό και υπέρβαρο ΔΜΣ δεν έδωσε κάποια στατιστικά σημαντικά αποτελέσματα. Η τελομεράση φαίνεται, λοιπόν, ότι σε συνθήκες οξειδωτικού στρες (παχυσαρκία) εξέρχεται από τον πυρήνα και εισέρχεται στα μιτοχόνδρια για να τα προστατεύσει. Εάν το οξειδωτικό στρες παραμείνει, η τελομεράση εξέρχεται από τα μιτοχόνδρια και εισέρχεται στα τελομερή για να τα προστατέψει επιμηκύνοντάς τα. Αυτή η ανασκόπηση στοχεύει να τονίσει τη λειτουργική σύνδεση μεταξύ της βιογένεσης των μιτοχονδρίων και του μήκους των τελομερών στην ανδρική υπογονιμότητα, καθώς οι μιτοχονδριακές βλάβες έχουν καταστροφική επίδραση στο μήκος των τελομερών, οδηγώντας τόσο σε επιμήκυνση των τελομερών όσο και σε επαναπρογραμματισμό της βιοσύνθεσης των μιτοχονδρίων. Επιπλέον, σκοπός της μελέτης αποτελεί και η διερεύνηση της σχέσης μεταξύ του μιτοχονδριακού περιεχομένου του σπέρματος και του λόγου μιτοχονδριακού προς πυρηνικού DNA σε σχέση με τον δείκτη μάζας σώματος και πώς μπορεί να επηρεάσει την προοδευτική κινητικότητα των σπερματοζωαρίων. Η κατανόηση των σχέσεων μεταξύ αυτών των σημαντικών μεταβλητών θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε καλύτερα τους πιθανούς μηχανισμούς που θα μπορούσαν να συνδέσουν την κινητικότητα και την ποιότητα του σπέρματος με το δείκτη μάζας σώματος, καθώς και την περαιτέρω κατανόηση της ανδρικής γονιμότητας και της αναπαραγωγικής υγείας. Αυτή η μελέτη στοχεύει, επίσης, να προωθήσει τη γνώση των μοριακών μηχανισμών στους οποίους βασίζεται ο δείκτηςμάζας σώματος, των παραγόντων και των πιθανών επιδράσεων του τρόπου ζωής και των μεταβολικών παραγόντων στην κυτταρική υγεία, διερευνώντας τις αλληλεπιδράσειςμεταξύ αυτών των τριών μεταβλητών. Σε αντίθεση με τη βλαστική σειρά, όπου τα τελομερή γενικά πιστεύεται ότι παραμένουν σταθερά σε ένα είδος, οι ανώτεροι σωματικοί ιστοί των ζώων έχουν αποδειχθεί ότι παρουσιάζουν βράχυνση των τελομερών με την ηλικία. Ένα σημάδι νεότητας και βιολογικής ικανότητας πιστεύεται ότι είναι τα μακρύτερα τελομερή στους σωματικούς ιστούς ενός ατόμου σε σύγκριση με άλλα μέλη του ίδιου είδους. Ήταν λοιπόν έκπληξη όταν πολλά εργαστήρια ανακάλυψαν ότι το σπέρμα των ηλικιωμένων ανδρών είχε μακρύτερα τελομερή, γεγονός που είχε ως αποτέλεσμα τα παιδιά τους να έχουνλευκοκύτταρα με υψηλότερο μήκος τελομερών. Η εξέταση των τελομερών και των μιτοχονδριακών γονιδιωματικών ανασυνδυασμών στα σπερματοζωάρια αντιπροσωπεύει έναν τομέα έρευνας αιχμής με βαθιές επιπτώσεις στην κατανόηση της αναπαραγωγικής βιολογίας και των προτύπων κληρονομικότητας. Αυτή η μελέτη χρησιμοποιεί προηγμένες μοριακές τεχνικές για τη διερεύνηση της παρουσίας και της φύσης των τελομερικών και μιτοχονδριακών γονιδιωματικών αναδιατάξεων εντός των σπερματοζωαρίων. Η έρευνα στοχεύει να αποσαφηνίσει τους μηχανισμούς πουδιέπουν αυτούς τους ανασυνδυασμούς και να αξιολογήσει τον πιθανό αντίκτυπό τους στη γονιμότητα, τη γενετική ποικιλότητα και τη μετάδοση του μιτοχονδριακού DNA.