Kaan Aydos
Erkeklerde gametler epigenetik düzenlemeler sırasında dışarıdan gelebilecek etkilere son derece hassastır. Bu nedenle, içinde yaşanılan çevredeki elektromanyetik dalgalar, sigara dumanı gibi toksik maddeler ya da diğer stres faktörleri spermin genomunda metilasyon bozuklukları, metilasyon enzimlerinde bozulma, histon proteinlerinde değişiklikler ya da kodlamaya katılmayan RNA molekülünde hasar oluşturarak epigenetik değişikliklere yol açabilir, hatta bu değişiklikler de ileri nesillere aynen taşınabilir. İşte yeni tanımlanan bu mekanizma, genler olmadan da bazı hastalıkların ileri kuşaklara taşınabileceğini göstermesi bakımından oldukça önemlidir.
Epigenetik değişiklik demek, doğrudan genleri ve bu genlerin dizilme düzenlerini bozmadan, gen dışındaki mekanizmalar yoluyla genlerin fonksiyonunun düzenlenmesi anlamına gelir. Bunu, arabayı çalıştırmak için motoruna dokunmadan, anahtarı çevirmemize benzetebiliriz. Motor genler ise, anahtarı çeviren bizler de epigenetik mekanizmalar oluyoruz. Böylece araba ile birlikte hedefe taşınabiliriz.
Yakın tarihli çalışmalarda çevresel toksinler, kimyasal maddeler, ilaçlar, enfeksiyon, beslenme bozuklukları ya da diğer çok sayıda stres 
faktörlerine bağlı olarak “Sağlık ve Hastalıkların Gelişimsel Kaynağı = Developmental Origins of Health and Disease (DOHaD)” olarak adlandırılan bir hipotez geliştirilmiştir. Hipoteze göre; bu faktörlere bağlı olarak doğacak çocukta doğumsal anomaliler, obezite, insülin direnci ve diyabete yatkınlık, kalp-damar hastalıkları, davranış bozuklukları ve kanser gibi durumların görülme sıklığı da artmaktaydı.
Çevresel faktörlerin babanın vücudunda yapacağı değişikliklerin genlerde bir bozulma yapmaksızın çocuğa aktarılması ve böylece kalıtsal bir taşınmaya neden olması epigenetik değişiklikler olarak bilinen 3 farklı mekanizma ile izah edilmektedir:
1. DNA metilasyonunu değiştirerek
2. Histon proteinlerini değiştirerek
3. Kodlamada görev almayan RNA’larda hasar yaratarak
Bir çocuğun dünyaya gelmesi, babadan ve anneden gelen genler sayesinde olur. Ancak bazı genler vardır ki eğer hem anneden hem de babadan gelen kopyaları birlikte çalışırsa, çocukta hastalık oluştururlar. Böyle genlerden ya anneden ya da babadan gelen kopyalarından birinin baskılanarak susturulması gerekir.
Erkekte genler, DNA adı verilen bir zincir oluşturarak sperm hücreleri içinde taşınır. Sperm hücresi oluşurken bazı genleri baskılanarak susturulur. Daha sonra bu sperm yumurta ile birleşip embriyo oluşunca susturulmuş olan bu gen artık çalışmaz ama aynı genin anneden gelen kopyası çalışmasına devam eder. İşte, embriyoda bazı genler vardır ki bunların sadece ya anneden gelen ya da babadan gelen kopyası çalışmasına devam eder, diğeri susturulur. Susturulacak olan genler önceden damgalanarak belirlenir. Böyle genlere “damgalanmış” ya da imprinted genler adı verilir.
DNA zinciri üzerindeki damgalanmış bir genin susturulması ise DNA’yı oluşturan 4 nukleotidden sitozine metil molekülünün bağlanması ile olur
(sitozin-guanin çiftindeki sitozin; CpG). Susturulmuş ve susturulmamış bütün genler birlikte çalışarak erişkin bir insanı oluşturur. Böyle bir erkek ergenliğe girip de üreme zamanı geldiğinde, metillenmiş genleri de taşıyan spermi kadının yumurtası ile birleşerek embriyoyu yapar. Artık bu embriyodan yeni bir yavru gelişecektir. İşte, erkeğin spermi yumurta ile birleşip yeni bir embriyo oluşturduğunda, bu embriyonun daha ilk haftalarında çocuğun ilk sperm hücreleri de oluşmaya başlar. Bunlara primordial üreme hücreleri adı verilir, yani en genç üreme hücreleri.
Bu genç hücreler gelişirlerken, o zamana kadar geni susturan tüm metil grupları, bağlandıkları yerden koparılarak açılır. Artık genler serbesttir. Buna demetilasyon adı verilir. Böylece sperm içindeki damgalanmış tüm genler serbestleşmiş olur. Bunun arkasından primordial hücrelerden sperm hücreleri oluşmaya başladığında da, metil bağlarından kurtulmuş bu damgalanmış genlere yeniden metil bağlama işlemi başlayarak, genler tekrar susturulur. Çünkü yumurta ile birleştikleri zaman sağlıklı bir çocuğun gelişmesi için olgun spermlerdeki bu genlerin susması lazımdır. Arkasından aynı süreç yeni baştan tekrarlar ve bu böyle sürüp gider.
Eğer tam metillenme sırasında dışarıdan bir müdahale gelirse, metillenme bozulur ve neticede ya o erkekte infertilite olur ya da doğacak çocuğunda değişik kronik hastalıklar ortaya çıkar. İşte bu şekilde, genlerinde bir bozukluk olmamasına rağmen, sperm hücrelerinin olgunlaşması sırasında epigenetik metilasyon değişikliklerine maruz kalan baba, çocuğunun sağlığını da önemli derecede etkilemiş olur.
Yukarıdaki mekanizma sayesinde babadan çocuğa geçen ve nesiller boyunca aktarılan çok sayıda mesleksel ve çevresel maruziyet tanımlanmıştır. Burada kalıtım, genlerdeki mutasyonla olmamakta, ebeveynin karşılaştığı hormon benzeri maddelere, toksinlere, radyasyona ya da beslenme durumuna bağlı olarak gelişen epigenetik bozukluklar yoluyla olmaktadır.
Bunun önemi, diyelim baba mesleği gereği kanserojenlere maruz kalıyorsa, sadece kendi sağlığını bozmakla kalmayıp, doğacak çocuğununkini de tehlikeye atmış olmasıdır. Burada kanserojenler önce spermi etkilemekte, arkasından da spermle birlikte çocuğa taşınmaktadır. Boya sanayi ya da kurşun bunlar arasında sayılabilir. Gerçekten de, endüstriyel toksinlere ve sigara dumanındaki toksik maddelere maruz kalınması sperm kalitesini ve DNA içeriğini bozarak çocukta çocukluk çağı kanserlerine yol açabilmektedir. Böyle çocuklar büyüyüp ileride evlendiklerinde, kendilerinde bozukluk yapan bu faktörler sperm aracılığı ile çocuklarına da aktarılmış olur. Pestisitlerle ilgili bir meta-analiz, bunlara maruz kalan erkeklerin hem kendilerinde hem de çocuklarında lenfoma ve lösemi sıklığının arttığını ortaya çıkarmıştır.
Kimyasallara maruz kalınmasının anneden mi yoksa babadan mı çocuğa geçtiği konusunda yapılan bir araştırmada, babanın idrarındaki toksin 
konsantrasyonu ile düşükler arasında anlamlı bir ilişki bulunurken, annenin idrarındaki toksin konsantrasyonu ile düşük gelişmesi arasında bir ilişki gösterilememiştir. Dolayısıyla düşüklerin nedeninin, babanın toksinlere maruziyeti olduğu anlaşılmıştır.
Başka meta-analiz çalışmaları da kimyasal silah kullanımı neticesi bu kimyasallara maruz kalanların çocuklarında doğumsal anomalilerin sıklığında ciddi bir artış olduğunu ortaya koymuştur.
Ayrıca, tarım ilaçlarının kullanıldığı tarım alanlarından göç eden erkeklerin spermlerinde DNA hasarının ve seminal plazmalarında serbest oksijen radikallerinin (ROS) artmış olduğu anlaşılmıştır. İlginç olanı, böyle erkeklerin eşleri gebe kaldığında anomalili doğum ve düşük sıklığı da artmaktadır. Neticede, pestisitlerin sperm epigenetiğinde değişiklik yaparak yeni doğan hastalıklarına yol açtığı düşünülmektedir.
Amerika’da yerliler üzerinde yapılan bir araştırmada, 2000 yıldan beri gemilerde su yalıtımı için bitumen adlı bir çeşit ziftin kullanılması neticesi bu popülasyonda boy kısalığı ve vücut oranlarında küçülme olduğu anlaşılmıştır. Benzer şekilde, antik çağlardan itibaren hayvan kemiklerinden alınan DNA örneklerindeki metilasyon izleri incelenerek, metilasyona bağlı epigenetik değişikliklerin nesiller boyu aktarılabileceği anlaşılmıştır.
Radyasyonun da spermler ve çocuk üzerine olumsuz etkisi vardır. Radyoterapi alan erkeklerin spermlerinde DNA hasar oranı artmakta ve infertilite gelişmektedir. Dolayısıyla, böyle erkeklerin çocukları da risk altına girmiş olmakta.
Babanın sigara içiyor olması da sigaradaki aromatik hidrokarbonlar nedeniyle çocukta kanser riskini artırmaktadır. Baba ne kadar erken yaşta
sigaraya başlamışsa, çocuğunda da vücut-kütle indeksi (BMI) o kadar artar. Babanın sigara içmesi ile çocuğun göbek kordonundan alınan kan hücrelerinde DNA hasarı da artmaktadır. Netice olarak araştırıcılar, erkekte sigara dumanındaki metabolitlerin spermlerde epigenetik değişiklikler yaratarak DNA bütünlüğünde bozukluk oluşturduğunu ve aynı epigenetik değişikliklerin sperm yoluyla ileri nesillere de aktarabildiğini ortaya koymuştur. Yani sigara örneğinde olduğu gibi çevresel faktörlerin epigenetik değişiklikler yoluyla oluşturduğu DNA hasarları ya infertilite yapmakta, ya da sperm yoluyla çocuğa aktarılan nesiller arası bir epigenetik kalıtım modeli oluşturmaktadır.
Sigara aynı zamanda spermlerde mikro RNA’ları (miRNA’lar) da bozmakta, bunlar da DNA metilasyonu ve histon modifikasyonu yoluyla epigenetik değişimlere yol açmaktadır. Bozulmuş miRNA’ların spermlerin içinde çocuğa taşınması, benzer hasarları çocukta da geliştirmekte.
Babanın kilosunun da çocuğunun sağlığını etkileyebileceği değişik çalışmalarda gösterilmiştir. Babanın vücudundaki yağ oranı arttıkça, çocuğunun yağ yüzdesi de artar. Oysa aynı korelasyon annelerinde anlamlı sonuç vermedi. Demek ki geçiş, baba üzerinden olmakta. Baba obez ise, çocuğunun kanında ALT enzimi yükselir. ALT karaciğer ile ilgili bir enzim olduğu için, babadan çocuğa geçişin metabolik bir yolla olduğu düşünülmektedir.
Baba ya da büyükbabalarının yaşamlarının belli dönemlerinde fazla yağ tüketmelerinin, çocukların ömründeki kısalma ile ilişkili olduğu gösterilmiştir. Bunlarda, diyabete bağlı ölüm riski de artmaktaydı.
Babanın obezitesinin çocuğa epigenetik mekanizmalarla kalıtsal olarak aktarıldığı, DNA metilasyon çalışması ile ortaya konmuştur. Çünkü babanın vücut-kütle indeksi (BMI) ile çocukta insülin benzeri büyüme faktörü (IGF2) olarak bilinen damgalanmış bir gen bölgesindeki metilasyon seviyesi arasında anlamlı bir ilişki bulunduğu gösterilmiştir. Benzer ilişki, çocuğun gelişimi ile ilgili diğer genlerin metilasyonu için de geçerliydi. İlginç olanı, bunların hiç birisinin annenin kilosu ile ilişkili olmamasıydı, yani çocuğa geçiş tamamen baba üzerindendi.
Özetlenirse, damgalanmış genlerin ifade edilmesini ayarlayan ve kalıtsal geçişten sorumlu tutulan metilasyon işlemi, tam gametlerin geliştikleri sırada gerçekleşir ve bunun bozulması çocukta ciddi kronik ve metabolik hastalıklara yol açabilir. Bir süre aç kaldıktan sonra çocuk sahibi olan kadınlarda yapılan çalışmalar, aynen annelerinde olduğu şekilde çocukta da DNA metilasyon bozukluklarının ortaya çıktığını ve neticede çocuğun sağlığının bozulduğunu göstermiştir.
Babanın yaşam tarzının yol açtığı bozukluklar çocuğa nasıl geçmekte?
Erkeğin yaşam tarzı ya da içinde yaşadığı çevredeki faktörlerin neden olduğu iyi ya da kötü etkiler, 3 mekanizma ile spermlerde epigenetik değişikliklere yol açarak çocuğa taşınmaktadır. Bunlar;
- DNA metilasyon bozuklukları
- Histon proteinlerinde değişiklikler
- Kodlama yapmayan RNA’lar üzerinden gerçekleşir.
Spermin DNA’sında metilasyon bozuklukları yoluyla kalıtım:
Epigenetik değişiklikler hayatın 4 döneminde gerçekleşir:
1. dönem; babanın daha minicik bir embriyo durumundayken zararlı etkenlere maruz kalmasıdır. Embriyonun ilk günlerinde, primordial germ
hücreleri ileride spermatogoniumları oluşturmak üzere gonadlara doğru göç ederken, genleri susturmak üzere bağlanmış olan tüm metiller ortadan kaldırılarak, bütün epigenetik işaretlenmeler silinir. Ancak yapılan yeni çalışmalar genomdaki bazı metillenmiş bölgelerin bu silinmeye direnç gösterdiğini yani silinmediğini ortaya koymuştur. Böyle korunmuş bölgeler, DNA üzerindeki metilasyon kalıplarını nesiller boyunca nakletmeye müsait bölgelerdir. İşte, erken embriyo gelişim döneminde maruz kalınan iç ve dış zararlı faktörlerin etkisi ile, silinmeden korunması gereken metilasyonların silinmesi, böyle bozulmuş bölgelerin babadan çocuğa aktarılabileceği en elverişli ilk dönemdir. Genlerde bir mutasyon olmadan, genlerin çevresindeki değişiklikler nedeniyle bu anomaliler çocuğa aktarıldığı için bu bir “epigenetik kalıtım” modeli oluşturmaktadır.
2. ve 3. dönemler bunu takip eder. Germ hücreleri gonadlara göç ederken temizlenen metilasyonlar, daha sonra spermatogenez boyunca yeniden oluşturulur. Çalışmalar, damgalanmış gen bölgelerinin yeniden metillenmesinin, primordial germ hücrelerinin spermatogoniaya farklılaşması sırasında başladığını, puberteye kadar devam ettiğini göstermiştir. İşte bu dönem de çevresel faktörlerin etkisine karşı hassasiyetin olduğu ikinci penceredir. Spermatogoniumların spermatositlere farklılaşması ise puberteden sonra olur ve dış faktörlerin etkileyeceği üçüncü döneme karşılık gelir. Bu dönemde de yine metillerin bağlanması devam eder.
DNA’ya metil bağlanmasını sağlayan enzim DNMT’dir (DNA metil transferaz). Bu enzim, tüm spermatogenez sürecinde yapılır. Bir de DNMT3L, yani DNMT benzeri protein vardır. Bu protein kendisi metilasyon yapmaz ama DNMT enzimlerine yardım eder.
Metilasyon tüm spermatogenez boyunca devam eden, dinamik bir süreçtir. Bazı CpG dinukeotid bölgelerinde metilasyonda dalgalanmalar olabilir. İşte, çevresel faktörler DNMT enziminin üretimini bozarak, bunun DNA zincirindeki CpG nükleotidlerine metil bağlanmasını sağlayıcı etkisini engelleyebilirler. Neticede bu bölgelerin metilasyonu bozulur ve bu da o genin normal çalışmasını bozar. Çevresel zararlı hormonlar, toksinler, obezite ile ilgili hormonlar (östrojen, leptin, insülin) DNMT’nin normal çalışmasını önleyerek spermde DNA metilasyonunu bozabilir. Bu da neticede infertilite ve gebelik kayıplarına yol açabilir.
Diyetteki yağ asitleri gibi beslenme ögeleri de spermatogenez sırasında bazı genlerin ya da genleri çalıştıran enzimlerin üretimini doğrudan 
etkileyerek epigenetik mekanizmaların fonksiyonunu değiştirebilir. Örneğin folik asit ve B12 vitamini. Bunlar metil verici maddelerdir. Bazı DNA bölgelerinde metilasyonu hızlandırarak hipermetilasyona yol açabilirler. Erkeklerde folat tüketiminin spermlerde DNA’nın metilasyon üzerine etkisi ortaya konmuştur.
Spermatogenez sırasında çevresel faktörlerin hormonal sinyal mekanizmaları üzerinden epigenetik etki göstermelerinin yanı sıra, bu faktörlerin oksidatif strese yol açan serbest oksijen radikallerini (ROS) artırarak sperm ve spermi çevreleyen Sertoli hücresi ya da lökositler üzerine etki göstermeleri de ayrı bir mekanizmadır. Birçok kimyasal, pestisit, ağır metaller, radyasyon, diyabet ya da obezite gibi kronik bozukluklar ya da yağ asitlerindeki artış ROS üretimine neden olabilir. ROS ise sperm DNA metilasyonunu ve kromatin yapısını bozabilir. Bu da neticede DNA hasarı yaparak ya da tamir mekanizmalarını bozarak büyümeden ve gelişimden sorumlu veya genom bütünlüğünü sağlayan damgalanmış genlerin regülasyonunu etkileyebilir. İşte böyle spermlere sahip erkeklerin çocukları dünyaya geldiğinde vücut dokularının her hücresinde DNA kırıkları ya da DNA metilasyon anomalileri görülmektedir. Bu değişiklikler hayat boyu süreceği için, hastalıklara yatkınlığı da beraberinde getirir.
Sperm DNA’sındaki Histon proteinlerindeki değişiklikler yoluyla kalıtım:
4. dönem; Histon proteinlerini ilgilendiren, spermatogenezin daha ileri dönemlerini kapsar. Çevresel faktörler yoluyla kazanılmış epigenetik değişikliklerin embriyonun gelişimi sırasında değişmeden sürdürülebilmesi için, fertilizasyondan sonra gerçekleşen yeniden programlama sırasında değişmemesi, ayakta kalması gerekir. Son yıllarda, sadece aktif çoğalma döneminde değil, olgunlaştıktan sonra da sperm hücrelerinin (spermatozoa evresinde) çevresel etkilere maruz kalması durumunda bu etkilerin yaptığı değişiklikleri çocuğa taşıyabileceği anlaşılmıştır. Burada taşıma işlemini histon proteinleri yapmakta. Yani genetik yolla olmasa da, epigenetik yolla kazanılan bilgiler histonlarla ileri nesillere aktarılabilmektedir.
Histon proteinler, iki DNA zincirini birbirine bağlayan moleküllerdir. Normalde spermatogenezin geç dönemlerinde tüm histonlar gidip, yerine protaminler geçer. Protaminlerin faydası, kromozomun kondanse hale geçerek, daha korunaklı olması ve DNA hasarlarından korunabilmesidir. Bu sırada DNA transkripsiyonunu, yani çalışmasını da durdurarak sessiz konuma geçer. Fertilizasyonu takiben embriyo oluşmaya başladığında ise protaminler giderek yerine yeniden anneden gelen histon proteinleri geçer.
Ancak şimdi anlaşıldı ki, sperm DNA’sı kondanse hale geldiği dönemde histon proteinlerinin tamamı kaybolmamakta, %10 kadarı korunmaktadır. Çünkü bu histonların kalması, özel DNA metilasyon bölgelerinin oluşturulması için gereklidir. Bu özel metilasyon gerektiren bölgeler; damgalanmış genler, miRNA’lar, homeobox genler gibi erken embriyo gelişiminde rol oynayan gelişim genleridir. Spermin yumurta ile birleşmesini takiben fertilizasyon gerçekleşirken babanın DNA’sı ile gelen genetik bilginin hemen aktifleşmesi, genomdaki bütün metiller çözülürken işte bu histonların üzerine yerleştikleri genlerdeki metillerin çözülmeden kalması sayesinde sağlanır. Gerçekten de, demetilasyona direnç gösteren bazı DNA bölgelerinin bulunduğu gösterilmiştir.
Kaybolmayıp da korunan bu histon proteinleri spermle birlikte yumurtaya gider. İşte, korunan bu histon proteinleri üzerinde gelişecek değişiklikler, epigenetik bilgilerin gelecek nesillere taşınmasında ayrı bir yol oluşturur. Eğer çevresel faktörler bu histon proteinlerinde değişiklik yaparsa ve bu değişen histonlar da olduğu gibi çocuğa taşınırsa, çocuğun genomunda da fonksiyon bozukluğuna neden olarak, babaya etki eden çevresel faktörlerin çocuğa geçmesini sağlamış olur.
Kodlama yapmayan RNA’lar yoluyla epigenetik kalıtımın sağlanması:
Kodlamada görev almayan RNA’lar, epigenetik bilgilerin taşıyıcısı olarak kabul edilen bir diğer mekanizmadır. Çünkü aynı DNA metilasyonu ve
histon modifikasyonu şeklinde genler dışında çocuğa taşınabilecek faktörler gibi, spermatozoa içinde kaybolmadan kalan ve yumurtaya taşınan RNA’ların da bulunması epigenetik bilgilerin ileri nesillere geçirilmesinde ve fenotipik değişikliklerin ortaya çıkmasında bunların da bir kaynak olabileceğini düşündürmektedir.
RNA molekülleri spermatogenezin erken evrelerinde sperm içinde görülmeye başlar. Sperm içinde çok sayıda küçük, kodlama yapmayan RNA’lar gösterilmiştir. İşte bunlar, kalıtsal bilgilerin nesilden nesile taşınmasında rol oynuyor olabilir. Olgun spermlerdeki bu RNA’lar, fertilizasyon sırasında yumurtaya geçerler. Bunların erken embriyo gelişiminde önemli görevleri olduğu gösterilmiştir. Dolayısıyla, eğer bu RNA molekülleri spermle birlikte yumurtaya giriyorsa, üzerlerindeki bilgileri de yumurtaya, dolayısıyla yeni gelişecek embriyoya taşıyor olmalılar.
Spermin içindeki bu RNA’ların genetik kaynakları histon proteinlerinden zengin, hipometile genom bölgeleridir. Bu nedenle spermatozoadaki RNA’ların histon proteinlerini ve DNA metilasyonunu değiştirebilme potansiyeline sahip olduğu önerilmiştir. Örneğin babanın sigara içtiği çocuklarda böyle olmaktadır. Tam tersine, kromatin yapısı ve DNA’daki değişiklikler de RNA üretimini etkileyebilir. Buna “epigenetik karşılıklı konuşma” adı verilmekte. İşte bu konuşma babanın içinde bulunduğu ortamdan etkilenebilir. Konuşmanın ürünü olan RNA molekülleri de ortamdan nasıl etkilendiyse, bu etkileri aynen yumurtaya, oradan da yavruya taşımış olur.
Netice olarak; içinde yaşadığımız çevre koşullarındaki değişiklikler ya da yaşam tarzımız, gelecek nesillere aktarılabilen ve fenotipik değişikliğe ya da hastalıklara neden olabilecek epigenetik değişiklikler yaparak, anormal gen ürünlerinin ortaya çıkmasına yol açabilir. Nasıl ki genlerde meydana gelecek mutasyonlar nesiller boyunca birikerek aktarılabiliyorsa, epigenetik değişiklikler de epigenomda kalıtılabilen değişikliklere yol açarak nesiller boyunca birikebilir ve nakledilebilir. Bu değişiklikler erkekte İnfertiliteye yol açabilir, ya da eğer fertiliteyi bozmayacak kadar hafifse embriyoya ve neticede yavruya geçebilir.
Kaynak: Soubry A, Hoyo C, Jirtle RL, Murphy SK. A paternal environmental legacy: evidence for epigenetic inheritance through the male germ line. Bioessays. 2014 Apr;36(4):359-71.
http://www.dreamstime.com/
http://www.clipartpanda.com/
