Íslensk erfðagreining (ÍE) skýrir í dag frá rannsókn á áhrifum aldurs foreldra á stökkbreytingar í börnum.
Þótt stökkbreytingar séu í daglegu tali oft tengdar sjúkdómum, má ekki gleymast að þær eru uppspretta fjölbreytileika lífheimsins. Þær eru hráefni þróunarinnar. Stökkbreytingar, sem gagnast lífinu, breiðast út og breyta tegundinni.
Þess vegna er mikilvægt að skilja betur hverjar orsakir stökkbreytinga eru. Eru þær algerlega tilviljunum háðar, eða er eitthvað í líffræði frumnanna, sem hefur áhrif á hvar og hvernig þær eru? Dýpri skilningur á hvaða öfl eru að verki er mikilvægur í erfðarannsóknum, bæði í læknisfræði og þróunarfræði. Hver einstaklingur fæðist að meðaltali með 70 stökkbreytingar, sem ekki er að finna í frumum foreldranna. Slíkar breytingar eru kallaðar de novo eða „nýjar“ stökkbreytingar.
En hvernig verða þessar nýju stökkbreytingar?
Skýringarinnar er að leita í myndun og viðhaldi kynfrumna foreldranna, þ.e. egg- og sæðisfrumna. Í því ferli geta orðið stökkbreytingar, sem flytjast til okfrumunnar, en svo nefnist fruman, sem verður til við samruna egg- og sæðisfrumu og er upphafið að nýjum einstaklingi.
Í rannsókn, sem ÍE birti árið 2012 virtist langstærstur hluti nýrra stökkbreytinga koma frá föður. Fjöldi þeirra er háður aldri hans við getnað og jókst um nálægt tvær breytingar á ári.
Í nýrri grein, sem birtist í vísindatímaritinu Nature í dag er kafað dýpra ofan í áhrif kynjanna á nýjar stökkbreytingar. Í ljós kom að fjórðungur nýrra stökkbreytinga kemur frá mæðrum, og líkt og hjá feðrum, er fjöldi þeirra háður aldri við getnað. Munurinn var hinsvegar sá að þeim fjölgar minna við hærri aldur móður en föður, eða um nálægt eina stökkbreytingu fyrir hver þrjú ár í aldri.
En hvers vegna koma fleiri breytingar frá föður en móður?
Allt frá kynþroskaaldri karla eru stöðugt að myndast nýjar sæðisfrumur með frumuskiptingum. Og þótt náttúran sé vandvirk, geta orðið mistök þegar stöðugt þarf að endurmynda raðir þriggja milljarða kirna í erfðaefni nýrra sæðisfrumna. En þegar stúlka fæðist, eru eggfrumur hennar allar orðnar til. Þær geymast svo í líkama hennar þar til þær byrja að losna ein og ein eftir kynþroska. Engin frekari nýmyndun þeirra á sér stað. Vegna þessa munar á myndun sæðis- og eggfrumna, eru færri stökkbreytingar í þeim síðarnefndu.
Í nýju rannsókninni raðgreindu vísindamenn Íslenskrar erfðagreiningar erfðaefni 1548 Íslendinga og foreldra þeirra og fyrir 225 þeirra var skoðað erfðaefni a.m.k. eins barns. Fyrir utan fjöldann á breytingunum kom í ljós sá munur á milli kynjanna að stökkbreytingar frá konum myndast í þyrpingum á litningunum og tegundir breytinganna breytast hratt eftir aldri kvenna.
„Við tókum eftir að kvennastökkbreytingar eru svæðisbundnar miðað við karlastökkbreytingar. Á breytingasvæðum í erfðaefninu í eggfrumum er mun meira af svokölluðum genavendingum, sem verða til þegar frumur gera við svæði á litningum, þar sem DNA keðjur hafa brotnað“, segir Kári Stefánsson, forstjóri Íslenskrar erfðagreiningar.
Við genavendingu er stuttum bútum erfðaefnis, gjarnan nokkur hundruð niturbösum, í öðrum litningnum í litningapari skipt út fyrir nákvæmar eftirlíkingar samsvarandi svæða á hinum litningnum í parinu.
„Samspilið á milli stökkbreytinga og viðgerðar á DNA brotum er gríðarlega spennandi, því það bendir til að aldurstengdar stökkbreytingar í erfðaefninu frá mæðrum séu drifnar af lagfæringum á DNA brotum. Hugsanlegt er að við áralanga geymslu í eggjastokkunum verði álag á DNA keðjurnar í eggfrumunum, sem leiði til þess að þær rofni og þarfnist viðgerðar við“.
„Það er eitt að finna kynbundinn mun á stökkbreytingum í kynfrumum, en það er annað að finna mjög líklegan drifkraft á bakvið þennan mun, þ.e. viðgerðir á DNA brotum. Þetta opnaði margar áhugaverðar spurningar, eins og hvenær þessa tók að gæta í þróunarsögu mannsins.“
Þar sem stökkbreytingar eru undirstaða þróunarinnar, mætti vænta þess að á svæðum í erfðamenginu þar sem stökkbreytingar þyrpast saman, verði hraðari þróun með hækkandi aldri móður.
„Við skoðuðum þetta almennt í algengum breytileikum hjá mannfólkinu og sáum þetta sama munstur í erfðabreytileikum, sem eru sameiginlegir öllum manneskjum“, heldur Kári áfram. „Það sýnir að þessi viðkvæmu litningasvæði eru til staðar í öllu mannkyninu og að aldur móður hefur áhrif á þau“.
„Síðan skoðuðum við hvort finna mætti svæði með aukinni tíðni stökkbreytinga í erfðamengjum apategunda. Við fundum sambærilega þróun hjá afrískum mannöpum en ekki hjá órangútunum. Það bendir til að svæðanna fari fyrst að gæta eftir að leiðir skildu milli órangútana og sameiginlegs forföður simpansa, górilla og manna. Þessar niðurstöður sýna að aldur mæðra við getnað hefur áhrif á hvernig ákveðin svæði í erfðamenginu hafa þróast gegnum árþúsundin.“
„Í þessari rannsókn náðum við óvænt að tengja stökkbreytingamynstur, sem við fundum í eldri íslenskum mæðrum, við mun á milli apategunda“ segir Kári að lokum.
Svarið við spurningunni í upphafi um hvort tilviljunin ein ráði stökkbreytingum er því að svo er ekki, heldur koma þar margir þættir við sögu, þ.á.m. kyn foreldris og aldur.