اپی ژنتیک ناباروری مردان

مقدمه

آینده درمان ناباروی در کشف و شناسایی فرایندهای پیچیده­ ای می­باشد که هنوز شناخته نشده است. تاکنون تصور می­شد با تعیین توالی ژنوم کامل انسان بسیاری از ناشناخته ­ها مربوط به بیماری­ ها کشف خواهد شد. ولی با گذشت بیش از یک دهه بررسی این داده ­ها مشخص گردیده است که فرایند­های سلولی و مولکولی پیچیده ­تر از آن است که تصور می شد. و اپی ژنتیک در واقعه دریچه جدیدی برای ورود به سوی ناشناخته های مولکولی است. یافته­ های رو به رشد در خصوص اپی ژنتیک باعث تغییر اهمیت و ورود به فازهای تحقیقاتی در این زمینه شده است.

اپی ژنتیک چیست؟

تعریفی که اکنون از اپی­ ژنتیک می ­شود عبارت است از ” مطالعات تغییرات قابل توارث طی تقسیمات میوزی و میتوزی در عملکرد ژن­ ها می ­باشند. که نمی­توان با تغییر در توالی DNA آن ­ها را توضیح داد. به طور کلی در سطح مولکولی، اپی ­ژنتیک اشاره به تغییرات کروماتین شامل متیلاسیون DNA تغییرات پس از ترجمه ­ای هیستون ­ها، تجمع برخی پروتئین ­های کروماتینی غیر هیستونی و ایجاد سطوح بالای ساختار کروماتین و نوکلئوزوم دارد.

آیا اپی ژنتیک در ناباروری مردان اثر می گذارد؟

اپي ژنتيك پديده اي برگشت پذير و بدون هرگونه تغيير در توالي بازهاي DNA است. مطالعات در زمینه نقش اپی ژنتیک در ناباروری مردان اندک است. یکی از ناهنجاری­ هایی که اخیرا نقش آن در ناباروری مورد بررسی قرار گرفته است. تغییرات نابجا در الگوی اپی ­ژنتیک خصوصا متیلاسیون می­ باشد که می ­تواند باعث تغییر در بیان و حتی خاموشی ژن شود. اصلی­ ترین تفاوت میان جهش و متيلاسيون DNA برگشت پذيري، انعطاف پذيري بالا و قابليت وراثت پذيري آن باشد. اطلاعات اپی ژنتیکی با کنترل بیان ژن، این اطمینان را می ­دهد که برخی ژن­ ها تنها برای یک نوع خاص سلول روشن شوند و ژن­های نامناسب با باز یا بسته شدن ساختار کروماتین خاموش شوند.

مکانیسم تاثیر اپی ژنتیک بر سلول های جنسی

سلول­ های جنسی (گامت­ ها) دارای حالت­ های اپی ژنومی مختص به خود هستند، بنابراین تنظیمات اپی ژنتیکی تغییر یافته یا غیر طبیعی گامت­ ها می­ توانند به رویان منتقل شده، این تغییرات می­ توانند در مراحل بعدی برنامه ریزی مجدد تنظیمات اپی ژنتیکی در رویان­ های پیش از مرحله لانه گزینی بمانند. سوال مهم در واقع این است که چطور سلول­ های جنسی می توانند همه توان (Totipotent) خود را حفظ کرده و چه مکانیسم­ هایی باعث پاک کردن، برقراری و نگهداری حافظه سلولی برای سلول­ های جنسی می­ شود.  چه ساز و کارهایی موجب حفظ یکپارچگی ژنوم در تولید اسپرم می ­شود.

تنظیم اطلاعات اپی ژنتیکی بطور قابل توجهی در تکوین جنین و ظرفیت تولید مثلی نیز نقش دارد. عدم تنظیم کدهای اپی ژنتیکی به طور مستقیم در ناباروری انسان دخیل است. از طرف دیگر عوامل اپی ژنتیکی می­تواند با تاثیر بر روی مراحل تکامل اسپرم در روند ناباروری نیز نقش داشته باشد. مطالعات نشان داده است که متیلاسیون جزایر(CPG (CpG Island  در ناحیه پروموتور ژن­ های مسئول که باعث خاموشی آن ­ها می­ شود از علل ایجاد کننده ناباوری در مردان ایدیوپاتیک می­ باشد.  از این رو مطالعه تغییرات اپی ژنتیکی ضروری به نظر می­ رسد.

نقش اپی ­ژنتیک در ناباروری و آزواسپرمی مردان

طی تمایز اسپرم؛ ژنوم تغییرات عمده­ای را متحمل می­شود که نه تنها روی توالی DNA و اطلاعات ژنتیکی موثرند بلکه همچنین ساختار هسته ­ای و اطلاعات اپی ­ژنتیکی را نیز تغییر می­دهند. در سال­های اخیر توارث الگوی اپی­ ژنتیک و تغییر در متیلاسیون  DNAثابت شده است. ولی اثر متیلاسیون در ناباروری مردان هنوز به خوبی بررسی نشده است.

هر چند در تحقیقاتی که اخیرا انجام شده مشخص شده است که عوامل اپی ژنتیک یا مسیرهایی که در پردازش و انتقال اطلاعات ژنتیکی DNA اسپرم موثرند، می­توانند عامل مهمی در ناباروری مردان باشند. اخیرا تحقیقاتی در مورد رابطه غیر فعال باقی ماندن برخی ژن­ها روی کروموزوم  Xدر مردان و همچنین نقص نشان گذاری با آزواسپرمی صورت گرفته است.

متیلاسیون HUMARA

متیلاسیون HUMARA (ژن گیرنده آندروژن روی کروموزوم X) و ژن SNRPN (ژن کاندید بیماری پرادر ویلی) در نمونه بافتی بیضه مردان آزواسپرم بررسی شده است و نشان داده شده که ژن HUMARA که در مردان سالم غیر متیله است در مردان نابارور متیله و غیر فعال است. از طرفی ژن  SNRPNکه در کروموزوم مادری مردان نرمال متیله است، در مردان آزواسپرم غیر متیله باقی مانده است. این مشاهدات نقش متیلاسیون و اپی ژنتیک را در ناباروری و آزواسپرمی تایید می­کند. به طور کلی خاموشی نابجای ژن ­هایی که عملکردشان در باروری دخیل است می­تواند باعث اختلات ناباروری گردد.

متیلاسیون  DNAاسپرم

مطالعات نشان داده است که حداقل 80 جایگاه ژن محافظت شده (Imprinted) چه در ژنوم پدری و چه در مادری وجود دارند. که به طور مشخص در تکوین جنین و تشکیل جفت دخالت داشته و حائز اهمیت هستند. کنترل بیان این دسته از ژن ­ها از طریق متیلاسیون مناطق حفاظت شده انجام می ­شود. با این حال در مدت زمان کوتاهی پس از ورود سلول­ های زایای اولیه به گنادهای آینده. پیام ­های مربوط به حفظ ژنومی پاک می­ شوند و ژن­ های حفاظت شده فقط در گونوسایت مرد باقی می­ مانند.

بیشترین متیلاسیون DNA پدری و مادری طی تراکم DNA در مرحله کشیدگی اسپرماتید اتفاق می­افتد. این متیلاسیون به احتمال به منظور خاموش کردن برخی ژن­ ها هر دو نوع گامت به کار گرفته می­شود. DNA اسپرم در بیشتر گونه­ ها به سرعت و به صورت فعال پس از ورود به تخمک و پیش از تشکیل پیش هسته هادمتیله می­ شود. مطالعات اخیر نشان داده­اند که الگوی متیلاسیون DNA اسپرم بسیار شبیه ژن ­های مهم تکوین جنین از جمله اعضای خانواده ژن  HOXاست. که به طور گسترده در هر دو نوع سلول فاقد متیل هستند. در واقع متیلاسیون یک شاخص برای تراکم هسته است. و تراکم ناقص و نابه­ جای کروماتین اسپرم با آسیب بیشتر DNA همراه است که این امر منجر به ناباروی می­ شود.

متیله شدن کم  DNA با فعالیت رونویسی ژن و متیله شدن زیاد با خاموشی ژن همراه است. مطالعات اخیر نشان داده است که متیله شدن ناقص DNA اسپرم در مردان نابارور در مقایسه با افراد نرمواسپرمیک بیشتر مشاهده می­شود. مهار سازو کارهای اپی­ژنتیک اسپرم توسط تخریب کننده­های اندوکرینی باعث کاهش میزان ظرفیت پذیری اسپرم می ­شود. کاهش نرخ بارداری پس از IVF در مردانی که DNA اسپرم آن ­ها درصد متیلاسیون پایینی دارد گزارش شده است. همزمان با تکمیل فرایند بلوغ در اپی دیدیم امکان برنامه ریزی مجدد اپی ژنتیکی ژن­های خاص اسپرماتوژنز مشاهده شده است. این مطلب بیانگر آن است که آسیب­های وارده به هر دو ناحیه بیضه و اپی دیدیم می­تواند سبب تخریب الگوی متیله شدن صحیح DNA اسپرم شود.

اثر اپي ژنتيكي RNA

رونوشت­ هاي اسپرمي نقش ديناميكي در سازماندهي مجدد كروماتين اسپرم دارند. هيستون­های سوماتيكي در مرحله اسپرميوژنز با پروتئين­ هاي انتقالي و سپس با پروتامين­ ها جايگزين مي­شوند. نوكلئو هيستون­ های اسپرم در پوشش هسته قرار گرفته ­اند و نيز موقعيت رونوشت­ هاي اسپرم هم در سر اسپرم و پوشش هسته مي­ باشد. این موقعيت مكاني مشابه، ارتباطي عملكردي را بين رونوشت­ هاي اسپرم و نوكلئو هيستون­ ها پيشنهاد می ­کند.

رونوشت­ هاي آنتي سنس اسپرم با نقش گذاري ژنوم، مانع بسته بندی  DNA توسط پروتامین­ ها و سپس بسته­ بندي آن توسط هيستون­ ها مي ­شوند. هيستون­ ها بيشترين حضور را در پروموتورهاي ژن های miRNAs و ژن­هاي نقش گذاري شده دارد. مطالعه توالي ­هاي DNA بسته­ بندی شده با هيستون­ ها و بررسي ارتباط اين توالي­ ها با mRNA جداشده از اسپرم مي­ تواند جالب باشد.  بنابراين نقش ساختاري رونوشت­هاي اسپرم در نقش گذاري ژن­هاي پدري و سازماندهي مجدد كروماتين امري ضروري است. و اثر اپي ­ژنتيكي RNA اسپرم را در رشد سلول تخم نشان مي­دهد. قابل توجه است كه فقدان اثرات اپي­ ژنتيكي پدري مي­تواند باعث اختلال در اوايل رشد رويان شود.

قرص های تقویت باروری