BAGIKAN
[Public Domain]

Studi populasi yang dilakukan pada manusia dan model hewan menunjukkan bahwa pengalaman seorang ayah seperti pola makan atau stres lingkungan dapat mempengaruhi kesehatan dan perkembangan keturunannya. Bagaimana efek ini bisa ditransmisikan lintas generasi, bagaimanapun, tetap masih misterius.

Laboratorium Susan Strome di UC Santa Cruz telah membuat kemajuan yang stabil dalam mengungkap mekanisme di balik fenomena ini, menggunakan cacing gelang kecil yang disebut elegans Caenorhabditis untuk menunjukkan bagaimana tanda pada kromosom yang mempengaruhi ekspresi gen, yang disebut tanda “epigenetik”, dapat diturunkan dari orang tua terhadap keturunan. Makalah terbaru timnya, diterbitkan di Nature Communications, berfokus pada transmisi tanda epigenetik oleh sperma C. elegans.

Selain mendokumentasikan transmisi memori epigenetik oleh sperma, studi baru menunjukkan bahwa informasi epigenetik yang disampaikan oleh sperma terhadap embrio adalah penting dan cukup untuk membimbing pengembangan sel kuman yang tepat pada keturunannya (sel germinal menimbulkan telur dan sperma).

“Kami memutuskan untuk meneliti C. elegans karena ia model yang tepat untuk mengajukan pertanyaan epigenetik menggunakan pendekatan genetik yang kuat,” kata Strome, seorang profesor molekuler, sel, dan biologi perkembangan.

Perubahan epigenetik tidak mengubah urutan gen DNA, tetapi malah melibatkan modifikasi kimia baik pada DNA itu sendiri atau protein histon pada DNA yang dikemas dalam kromosom. Modifikasi ini memengaruhi ekspresi gen, mengubah atau mematikan gen di sel yang berbeda dan pada tahap perkembangan yang berbeda. Gagasan bahwa modifikasi epigenetik dapat menyebabkan perubahan dalam ekspresi gen yang ditransmisikan dari satu generasi ke generasi berikutnya, yang dikenal sebagai “pewarisan epigenetik transgenerasional,” sekarang menjadi fokus penyelidikan ilmiah yang intens.

Selama bertahun-tahun, diduga bahwa sperma tidak menyimpan kemasan histon apapun dan oleh karena itu tidak dapat mentransmisikan informasi epigenetik berbasis histon terhadap keturunan. Studi terbaru, bagaimanapun, telah menunjukkan bahwa sekitar 10 persen dari kemasan histon dipertahankan baik dalam sperma manusia maupun tikus.

“Selanjutnya, di mana kromosom mempertahankan kemasan histon DNA di daerah perkembangan penting, sehingga temuan tersebut meningkatkan kesadaran kemungkinan bahwa sperma dapat mengirimkan informasi epigenetik penting terhadap embrio,” kata Strome.

Ketika laboratoriumnya meneliti sperma C. elegans, mereka menemukan genom sperma sepenuhnya mempertahankan kemasan histon. Peneliti lain telah menemukan hal yang sama berlaku untuk organisme lain yang telah umum diteliti, ikan zebra.

“Seperti ikan zebra, cacing mewakili bentuk ekstrim retensi histon oleh sperma, yang membuat sistemnya baik untuk ditinjau apakah kemasan ini benar-benar penting,” kata Strome.

Laboratoriumnya berfokus pada tanda epigenetik tertentu (ditunjuk H3K27me3) yang telah mapan sebagai tanda ekspresi gen yang ditekan dalam berbagai organisme. Para peneliti menemukan bahwa menghilangkan tanda ini dari kromosom sperma menyebabkan sebagian besar keturunan menjadi steril. Setelah menetapkan bahwa tanda itu penting, mereka ingin melihat apakah itu cukup untuk membimbing perkembangan germline normal.

Para peneliti membahas hal ini dengan menganalisis cacing mutan di mana kromosom dari sperma dan telur dipisahkan dalam pembelahan sel pertama setelah pembuahan, sehingga satu sel embrio hanya mewarisi kromosom sperma dan sel lainnya hanya mewarisi kromosom telur (biasanya, masing-masing sel embrio mewarisi kromosom dari sel telur dan sperma). Pola segregasi kromosom yang tidak biasa ini memungkinkan para peneliti untuk menghasilkan cacing yang garis kumannya mewarisi hanya kromosom sperma dan karena itu hanya tanda epigenetik sperma. Cacing-cacing itu ternyata subur dan memiliki pola ekspresi gen yang normal.

“Temuan ini menunjukkan bahwa pengemasan DNA dalam sperma adalah penting, karena keturunan yang tidak mewarisi tanda epigenetik sperma normal adalah steril, dan itu cukup untuk perkembangan germline yang normal,” kata Strome.

Sementara penelitian menunjukkan bahwa informasi epigenetik yang ditularkan oleh sperma penting untuk perkembangan normal, itu tidak secara langsung membahas bagaimana pengalaman hidup seorang ayah dapat mempengaruhi kesehatan keturunannya. Laboratorium Strome sedang menyelidiki pertanyaan ini dengan percobaan di mana cacing diperlakukan dengan alkohol atau kelaparan sebelum bereproduksi.

“Tujuannya adalah untuk menganalisis bagaimana perubahan kemasan kromatin pada orang tua,” katanya. “Apa pun yang diteruskan ke keturunan harus melalui sel germinal. Kami ingin tahu sel mana yang mengalami faktor lingkungan, bagaimana mereka mengirimkan informasi itu ke sel germinal, perubahan apa dalam sel germinal, dan bagaimana hal itu memengaruhi keturunannya.”

Dengan menunjukkan pentingnya informasi epigenetik yang dibawa oleh sperma, penelitian saat ini menetapkan bahwa jika lingkungan yang dialami oleh ayah mengubah epigenetika kromosom sperma, itu bisa memengaruhi keturunan.