父親受到的輻射是否會對他們的孩子產生影響？這是輻射生物學中最長期存在的問題之一。利用秀麗隱桿線蟲作為一個模型，Björn Schumacher教授和他的團隊發現，輻射對成熟精子的損傷無法修復，而是會遺傳給后代。相比之下，雌性卵子要么準確地修復損傷，要么如果損傷太嚴重，就被消除，沒有損傷傳遞。然而，當卵子與被輻射損壞的精子受精時，卵子提供的母本修復蛋白試圖修復父本DNA。為此，機體使用了一種非常容易出錯的修復機制，并隨機融合斷裂的DNA片段。這些斷裂的隨機融合導致了父系染色體的結構變化。由此產生的后代現在攜帶染色體損傷，反過來他們的后代表現出嚴重的發育缺陷。這一研究為更好地理解父系輻射暴露的遺傳效應機制奠定了基礎。

這項工作現在以“Inheritance of paternal DNA damage by histone-mediated repair restriction”的標題發表Nature雜志上。

暴露在輻射下的雄性線蟲和健康的雌性線蟲所產生的后代攜帶著所謂的結構變異——染色體部分的隨機連接。在后代中，這些畸變導致反復斷裂，但這種損傷不能再修復。相反，受損的染色體被密集包裹長鏈DNA的蛋白質(即組蛋白)所保護，無法進行準確的修復。在密集排列的DNA中，修復蛋白不再能到達斷裂。填充的DNA結構被特定的組蛋白HIS-24和HPL-1緊緊地連接在一起。當這些組蛋白被去除時，父系遺傳的損傷就完全消除了，可以產生存活的后代。組蛋白控制DNA修復的可達性，這一發現為治療輻射損傷提供了有效的治療靶點。

這也與輻射對人體的傷害有關嗎?除了對線蟲的研究，研究小組還在人類身上發現了相同的結構變異，即隨機組合的染色體。同樣在這里，染色體畸變是由父親遺傳而不是母親。為此，科學家們分析了來自1000人基因組計劃的各種數據集，其中包括來自1000多人的基因數據，以及來自各自母親、父親和孩子的基因數據。

“基因組畸變，特別是染色體的結構變異，被認為會增加自閉癥和精神分裂癥等疾病的風險。”這也意味著，在人類中，成熟的精子需要特別保護，免受輻射損害，受損的成熟精子不應該用于受孕。“這種損傷可能在放療或化療期間造成，因此在產生新精子以取代受損精子的兩個月時間內構成風險。”這是因為與成熟精子相比，新生成的精子有準確修復損傷的能力。

有趣的是，科學家們在野生和人類的線蟲中也發現了染色體的結構變異。這些結果表明，成熟精子的損傷和受精卵中父親DNA的不準確修復可能是進化過程中遺傳多樣性的主要驅動因素，并可能是人類遺傳疾病的原因。

這項研究是在科隆大學CECAD衰老研究卓越集群的衰老與疾病基因組穩定性研究所進行的，并獲得了德國研究基金會(DFG)的資助。

文章標題

Inheritance of paternal DNA damage by histone-mediated repair restriction