Τα σπερματοζωάρια είναι απαραίτητα στη φυσική και την υποβοηθούμενη γονιμοποίηση, τόσο για τα μηνύματα που μεταφέρουν, όσο και για το ότι αποτελούν τους φορείς αυτών των μηνυμάτων. Καθώς το DNA του σπερματοζωαρίου συνεισφέρει κατά το ήμισυ στο γενετικό υλικό του απογόνου, το παθολογικό DNA, με τη μορφή του κατακερματισμένου DNA (DNA fragmentation), δηλαδή με πολυάριθμες θραύσεις της έλικας, μπορεί να αποδιοργανώσει την αναπαραγωγική διαδικασία.
Το κλασικό σπερμοδιάγραμμα αποτελεί την πρώτη και βασικότερη διαγνωστική εξέταση για τον άνδρα. Σε ένα ποσοστό όμως αποτυγχάνει να εξηγήσει την ανδρική υπογονιμότητα. Ως εκ τούτου, η έρευνα στρέφεται και σε άλλες κατευθύνσεις, με σκοπό να βρεθεί τι είναι αυτό που καθιστά ένα σπερματοζωάριο μη ικανό για φυσιολογική γονιμοποίηση. Ο κατακερματισμός του DNA αφορά τόσο στο πυρηνικό όσο και στο μιτοχονδριακό DNA (mtDNA). To mtDNA του εμβρύου προέρχεται από τη μητέρα, αφού τα μιτοχόνδρια του σπερματοζωαρίου παραμένουν εκτός ωαρίου και δε συμμετέχουν στη δημιουργία του άρρενα προπυρήνα. Φαίνεται επομένως λογικό ότι ο κατακερματισμός του πυρηνικού κυρίως DNA του σπερματοζωαρίου μπορεί να έχει επίπτωση στη γονιμοποίηση, την κυοφορία και τη γέννηση ενός υγιούς παιδιού.
Μηχανισμοί πρόκλησης κατακερματισμού στο DNA των σπερματοζωαρίων
Ο κατακερματισμός του DNA χαρακτηρίζεται από θραύσεις τόσο της μονής, όσο και της διπλής έλικας του DNA. Κατά τη διάρκεια της σπερμιογένεσης η σπερματίδα που ωριμάζει χάνει προοδευτικά την ικανότητά της να επιδιορθώνει τυχόν βλάβες του DNA, καθώς επίσης και να απαντά σε αυτές μέσω του προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου (απόπτωση). Έτσι, θραύσεις του DNA που προκαλούνται κατά τη συμπύκνωση της χρωματίνης ή και αργότερα μπορεί να διαφύγουν από τους επιδιορθωτικούς μηχανισμούς και να παραμείνουν στο ώριμο σπερματοζωάριο. Τα σπερματοζωάρια με βλάβη στο DNA παραμένουν ικανά να γονιμοποιήσουν ένα ωάριο. Ωστόσο, το ερώτημα είναι, αν η βλάβη του DNA έχει επίδραση στη φυσιολογική ανάπτυξη του εμβρύου και του κυήματος. Λογικά θα μπορούσε να προκαλέσει διαταραχές της ανάπτυξης του εμβρύου, αποτυχία της εμφύτευσης ή αυξημένη πιθανότητα αποβολής.
Κατακερματισμός του DNA των σπερματοζωαρίων
Καταστάσεις που σχετίζονται με τον κατακερματισμό του DNA
Ορισμένες καταστάσεις έχουν συσχετισθεί με αυξημένο ποσοστό σπερματοζωαρίων με βλάβη στο DNA, παρότι οι παθογενετικοί μηχανισμοί παραμένουν ακόμα αδιευκρίνιστοι.
- κάπνισμα
- λοιμώξεις του γεννητικού συστήματος
- καρκίνος των όρχεων
- νόσος του Hodgkin
- ιατρογενώς
- κρυοσυντήρηση
- ατμοσφαιρική ρύπανση
- έκθεση σε εντομοκτόνα
Το κάπνισμα, εκτός από τις μεταλλαξιογόνες ιδιότητές του, επιδρά αρνητικά και στην ποιότητα του σπέρματος. Συγκεκριμένα επηρεάζει τον αριθμό, την κινητικότητα και τη μορφολογία των σπερματοζωαρίων. Πρόσφατα, έχει βρεθεί ότι το κάπνισμα ασκεί αρνητική επίδραση στην ακεραιότητα του DNA. Οι καπνιστές παρουσιάζουν υψηλότερο ποσοστό σπερματοζωαρίων με κατακερματισμένο DNA σε σύγκριση με τους μη καπνιστές. Έχει αποδειχθεί ότι το σπερματικό DNA των καπνιστών είναι περισσότερο ευάλωτο σε εξωγενείς προσβολές, εξαιτίας ελαττωμένων συγκεντρώσεων αντιοξειδωτικών παραγόντων στο σπερματικό πλάσμα.
Οι λοιμώξεις του γεννητικού συστήματος έχει αναφερθεί ότι σχετίζονται με βλάβη του DNA των σπερματοζωαρίων. Υψηλά ποσοστά κατακερματισμένου DNA έχουν βρεθεί σε δείγματα σπέρματος με αυξημένη συγκέντρωση λευκοκυττάρων. Αυτό, πιθανότατα, οφείλεται στην αυξημένη παραγωγή ΕΡΟ κατά τη σπερμιογένεση ή/και στη δράση μεσολαβητών της φλεγμονής, όπως οι κυτοκίνες. Επιπρόσθετα, οι εμπύρετες λοιμώξεις, όπως η γρίπη, μπορούν, να επηρεάσουν τη δομή της χρωματίνης του σπερματοζωαρίου.
Ο καρκίνος των όρχεων και η νόσος του Hodgkin, δύο από τις πιο συχνές κακοήθεις νεοπλασίες στους άνδρες αναπαραγωγικής ηλικίας, σχεδόν πάντα επηρεάζουν την ποιότητα του σπέρματος και την ακεραιότητα του DNA του σπερματοζωαρίου, ακόμη και πριν από τη θεραπεία. Η χημειοθεραπεία και η ακτινοθεραπεία, που συχνά εφαρμόζονται, είναι υπεύθυνες για επιπρόσθετη βλάβη του DNA των σπερματοζωαρίων. Ασκούν κυτταροτοξική δράση στο σπερματικό επιθήλιο και επηρεάζουν αναστρέψιμα την ανδρική γονιμότητα. Η αποκατάσταση της σπερματογένεσης μπορεί να συμβεί πολλά έτη μετά τη θεραπεία.
Η βλάβη του DNA των σπερματοζωαρίων μπορεί να είναι ιατρογενής. Σε πρωτόκολλα προετοιμασίας του σπέρματος για υποβοηθούμενη αναπαραγωγή, πραγματοποιείται επανειλημμένη φυγοκέντρηση και απομόνωση σπερματοζωαρίων από το πλούσιο σε αντιοξειδωτικούς παράγοντες σπερματικό πλάσμα.
Η κρυοσυντήρηση και, ιδιαίτερα, η διαδικασία ψύξης-απόψυξης μπορεί επίσης να επηρεάζουν την ακεραιότητα του σπερματικού DNA. Γι’ αυτό συστήνεται από ορισμένους ερευνητές η προσθήκη αντιοξειδωτικών παραγόντων.
Τέλος, μελέτες έχουν συσχετίσει την έκθεση σε εντομοκτόνα και την ατμοσφαιρική ρύπανση με υψηλά επίπεδα βλάβης του DNA των σπερματοζωαρίων.
Κατακερματισμός του DNA των σπερματοζωαρίων
