Theo quy luật di truyền học, con sẽ nhận 1/ 2 bộ nhiễm sắc thể truyền từ bố và mẹ. Vậy vấn đề gì sẽ xảy ra nếu cấu trúc di truyền trong tinh trùng và trứng trưởng thành không toàn vẹn. Ảnh hưởng của người bố đối với sự phát triển của phôi thai xảy ra ngay từ khi thụ tinh. Bất kỳ bất thường nào của tinh trùng (về hình thái tinh trùng, bộ gen, về cấu trúc nhiễm sắc thể hay bất cứ thành phần liên quan đến quá trình kích hoạt các chức năng của tinh trùng) đều dẫn đến thất bại ngay lập tức khi thụ tinh hay những bất thường trong chu kỳ tế bào tiếp sau đó.

DNA của tinh trùng bị tổn thương là một trong những nguyên nhân chính gây vô sinh nam, và cũng có liên quan  mật thiết đến di truyền gen đột biến và ung thư. Sự phân mảnh DNA của tinh trùng và bất thường nhiễm sắt thể có thể làm suy yếu sự phát triển phôi sau khi làm tổ. Tinh trùng kém chất lượng sẽ cho ra một phôi nang kém chất lượng. 

Tế bào trứng non là loại tế bào đặc biệt khác với những tế bào khác trong cơ thể vì nó có giai đoạn nghĩ tiền phân bào giãm nhiễm. Theo cơ chế sinh lý, tế bào trứng non sẽ nằm im trong buồng trứng trong môt thời gian dài cho đến khi chúng được kích hoạt tiến hành quá trình giảm phân II  để trưởng thành và có khả năng thụ tinh. Trong giai đoạn nghĩ dài này tế bào trứng có thể phải đối mặt với nhiều tác nhân nguy hại làm giảm chất lượng trứng, nghĩa là DNA trong tế bào trứng non cũng có khả năng bị tổn thương.

Trong giai đoạn cuối của sự phát triển này, ROS cũng có thể tấn công nang trứng làm rối loạn tái tổ hợp gen và kết quả là tạo ra các bộ gen bị hư hỏng (gen dị bội) hoặc gây chết tế bào trong giai đoạn chu sinh.

Như vậy, khả năng phát hiện và sữa chửa các DNA bị hư hỏng là điều cần thiết để duy trì việc cung cấp các tế bào trứng vả tinh trùng cần thiết cho chức năng sinh sản. Những thất bại trong việc sữa chữa các DNA bị tổn thương có thể gây các bất thường nghiêm trọng trong phôi thai và có thể dẫn đến đột biến gen và di truyền cho thế hệ sau. Sự bất thường về DNA không những là tiền đề phát sinh khối u mà còn ảnh hưởng đến khả năng sinh sản của các cặp vợ chồng. 

Để bảo đảm tính nguyên vẹn và ổn định của bộ gen từ bố mẹ bắt buộc phôi giai đoạn sớm phải có biện pháp khắc phục các DNA bị tổn thương, đặc biệt là các DNA phân mảnh do ROS để giúp cho tế bào có khả năng sống sót và ngăn chặn sự bất ổn định của gen. 

Ảnh hưởng phân mảnh DNA lên tinh trùng nam giới

Những DNA bị tổn thương sẽ được tế bào đánh dấu và xử lý theo 3 hướng sau:

1. Tế bào ngưng phát triển hoặc gây chết tế bào (apotosis) nếu tổn thương quá nặng.  

2. Chấp nhận và cho qua các bất thường của DNA. Đây sẽ là nguy cơ tiềm tàng của đột biến gen và ung thư cho thế hệ tương lai.

3. Sữa chữa các tổn thương. Đây là phương án tốt nhất nhưng chỉ chấp nhận cho những tổn thương nhẹ và không nhiều.

Các tổn thương chuỗi đơn hay chuỗi đôi DNA sẽ được tế bào phát tín hiệu ngưng chu kỳ phát triển tế bào để có thời gian tiến hành sữa chữa các hư hỏng. Khi mức độ thiệt hại quá lớn thì tế bào lập tức khởi động chương trình gây chết tế bào để loại bỏ vĩnh viễn các tế bào hư hại.

Việc sửa chửa các DNA hư hỏng mà đa phần do ROS có thể gồm các phương cách sau: cắt bỏ đoạn DNA hư, ghép đôi không tương xứng, cắt bỏ các nucleotit. Các phân tích gen cho thấy trứng thụ tinh không cho phép dung nạp DNA bị phân mảnh ở mức độ nặng. Cơ chế này giúp ngăn ngừa di truyền gen đột biến sang thế hệ sau 

Hoạt động sữa chữa DNA đặc biệt quan trọng ở giai đoạn bắt đầu sự sống đến giai đoạn phôi 4-8 tế bào (trước khi hoạt hóa các gen hoạt động) để giúp bảo đảm tính nguyên vẹn của cấu trúc di truyền sau khi có sự hợp nhất & ghép cặp các nhiễm sắc thể của bố và mẹ. 

Hầu hết nguồn gốc các tổn thương là ở tinh trùng mà nguyên nhân chính là stress oxy hóa. ROS gây tổn thương DNA dưới nhiều cấp độ khác nhau: các base hoán đổi vị trí, base bị biến đổi, bắt chéo sai, đứt chuổi đơn hay chuổi đôi của DNA,…), những biến đỗi của DNA có thể tạo ra các sai lệch trong nhiễm sắc thể như: nhiễm sắc thể dị bội, nhiễm sắc thể hoán đổi chỗ, nhiễm sắc thể bị đứt.

Các tổn thương DNA hầu hết sẽ được nhận diện chủ yếu trong giai đoan phiên mã hay nhân đôi. Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu của phôi thai quá trình phân chia hầu như không nhiều nên hoạt động sữa chữa DNA xảy ra rất yếu ớt. Khả năng sữa chữa DNA tổn thương trong noãn/phôi non không đủ để khắc phục hầu hết mọi tổn thương trong cầu trúc di truyền của người cha. Do đó việc cải thiện chất lượng tinh trùng trước khi có thai hay trước khi tiến hành thủ thuật hỗ trợ sinh sản là điều cần quan tâm.

Mặc dù quá trình sữa chữa này không được tiến hành một cách triệt để nhưng có thể nói, đây là một trong những quá trình quan trọng nhất diễn ra trong trong tế bào tại giai đoạn sớm của phôi để tránh phát triển phôi bất thường và cho phép phát triển phôi hoàn chỉnh. 

Bình thường trong cơ thể có cơ chế bảo vệ giúp loại bỏ các gốc tự do và ngăn chặn tác hại của ROS bằng các chất chống oxy hoá. Khi lượng ROS tăng quá mức bảo vệ của cơ thể thì DNA sẽ bị tổn thương. Trong tình hình đó việc cung cấp thêm các chất chống oxy hóa sẽ giúp bảo vệ tế bào và đặc biệt là DNA. Thực tế từ các kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng việc bổ sung các chất chống oxy hóa như vitamin E, vitamin C, Coenzyme Q10 và chất có hoạt tính chống oxy hóa như Carnitin giúp cải thiện chất lượng tinh trùng và trứng, hỗ trợ sức khỏe sinh sản.

Một báo cáo nghiên cứu mới đây của Micic và cộng sự (2017) cho thấy sự phối hợp giữa L-carnitin, Acetyl-L-Carnitin, Selen, Kẽm, vitamin C,Coenzyme Q10 giúp giảm được tỷ lệ phân mảnh DNA của tinh trùng bên cạnh việc cải thiện được tính di dộng toàn bộ của tinh trùng, đặc biệt về kiểu di động tiến tới. Điều này giúp cho những ông bố có thêm nhiều cơ hội có con tự nhiên cũng như tăng tỷ lệ thành công khi tiến hành thụ tinh nhân tạo.

Bảo vệ cấu trúc di truyền trong tinh trùng, trứng cũng như phôi thai non là việc mà các ông bố bà mẹ nên quan tâm từ lúc lập gia đình đến lúc chuẩn bị có con. Để có những bào thai khỏe mạnh thì điều cần thiết phải là chất lượng & sự toàn vẹn về cấu trúc di truyền của bố mẹ. Quá trình này cần thời gian và cần sự phối hợp của nhiều chất: Carnitin, các chất chống oxy hóa, các nguyên tố vi lượng để bảo đảm tinh trùng & trứng được bảo vệ an toàn khỏi các tác nhân oxy hóa và có được mức năng lượng tối ưu để phát triển, trưởng thành.  

Tài liệu tham khảo:

1. Ménézo et al. Paternal and maternal factors in preimplantation embryogenesis: interaction with the biochemical environment. Reprod Biomed Online. 2006 May;12(5):616-21.

2. Menezo et al. Expression profile of genes coding for DNA repair in human oocytes using pangenomic microarrays, with a special focus on ROS linked decays. J Assist Reprod Genet (2007) 24:513–520.

3. Menezo et al. DNA damage and repair in human oocytes and embryo. Zygote 18 (November), pp. 357–365. doi:10.1017/S0967199410000286. First Published Online 21 July 2010.

4. Carroll and Marangos. The DNA damage response in mammalian oocytes. www.frontiersin.org. June 2013 | Volume 4 | Article 117.
   doi: 10.3389/fgene.2013.00117