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Science:父亲饮食会通过精子RNA影响后代

摘要 : 近年来人们逐渐意识到,男性能通过多种途径对自己的后代产生影响,比如精子表观基因组、微生物组转移和精液信号传导。Science杂志十二月三十一日发表了两项引人注目的小鼠研究。研究表明,父亲的饮食会改变精子的RNA,进而影响后代的基因调控。

近年来人们逐渐意识到,男性能通过多种途径对自己的后代产生影响,比如精子表观基因组、微生物组转移和精液信号传导。Science杂志十二月三十一日发表了两项引人注目的小鼠研究。研究表明,父亲的饮食会改变精子的RNA,进而影响后代的基因调控。

在第一项研究中,中国科学院的科学家们将雄性小鼠分为高脂饮食和低脂饮食两组。他们发现,高脂饮食雄性小鼠的后代会出现糖耐量减低和胰岛素抵抗,而且这种糖耐量减低与tsRNA(小tRNA片段)有关。在高脂饮食小鼠的后代中,不少代谢基因的表达水平显著减少。这些发现说明,父亲的饮食能通过精子tsRNA影响后代的基因调控,导致获得性代谢紊乱的跨代遗传。

在另一项研究中,麻省大学医学院的科学家们揭示了tRNA片段在哺乳动物精子成熟和受精过程中的生物合成和潜在功能。为了了解饮食对精子RNA的影响,他们对低蛋白(LP)饮食的小鼠展开研究。研究显示,睾丸中未成熟精子的小RNA与LP饮食没有对应关系,但附睾中成熟精子的小RNA受到了显著的影响。研究人员随后分离了LP小鼠和对照小鼠精子里的RNA,发现LP小鼠的tRNA-Gly-GCC水平特别高。进一步研究表明,tRNA-Gly-GCC抑制了一组基因的表达,其中一个基因涉及了小鼠胚胎干细胞的可塑性。

这两项研究相辅相成地展示了父亲饮食对精子RNA的重要影响,这种影响会改变后代的基因调控,引起相应的代谢紊乱。

十二月初Cell metabolism杂志上也有研究指出,男性体重会影响精子中的遗传信息。哥本哈根大学的研究团队发现,肥胖男性和精瘦男性的精子存在显著的表观基因组差异。这意味着男性可以通过精子将生活环境的信息传递给后代,甚至影响孩子的肥胖几率。

原文链接:Sperm tsRNAs contribute to intergenerational inheritance of an acquired metabolic disorder

原文链接:Increasing evidence indicates that offspring metabolic disorders can result from the father’s diet, but the mechanism remains unclear. Here, in a paternal high-fat diet (HFD) mouse model, we show that a subset of sperm tRNA-derived small RNAs (tsRNAs), mainly from 5′ tRNA halves and ranging in size from 30 to 34 nucleotides, exhibit changes in expression profiles and RNA modifications. Injection of sperm tsRNA fractions from HFD male into normal zygotes generated metabolic disorders in the F1 offspring and altered gene expression of metabolic pathways in early embryos and islets of F1 offspring, which was unrelated to DNA methylation at CpG-enriched regions. Hence, sperm tsRNAs represent a type of paternal epigenetic factor that may mediate intergenerational inheritance of diet-induced metabolic disorder.

DOI: 10.1126/science.aad7977

 

 

原文链接:Biogenesis and function of tRNA fragments during sperm maturation and fertilization in mammals

原文摘要:Several recent studies link parental environments to phenotypes in subsequent generations. Here, we investigate the mechanism by which paternal diet affects offspring metabolism. Protein restriction in mice affects small RNA levels in mature sperm, with decreased let-7 levels and increased levels of 5′ fragments of glycine tRNAs. tRNA fragments are scarce in testicular sperm, but are gained as sperm mature in the epididymis. Epididymosomes—vesicles that fuse with sperm during epididymal transit—carry RNA payloads matching those of mature sperm, and deliver RNAs to immature sperm in vitro. Functionally, tRNA-Gly-GCC fragments repress genes associated with the endogenous retroelement MERVL, both in ES cells and embryos. Our results shed light on small RNA biogenesis and its dietary regulation during post-testicular sperm maturation and link tRNA fragments to regulation of endogenous retroelements active in the preimplantation embryo.

DOI: 10.1126/science.aad6780

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