Упаковка гаплоидного генома самца использует, тонко регулируемые молекулярные события, приводящие к почти полному замещению соматического хроматина и формированию сильно сконденсированного ядра. Хотя финальное отложение протаминов (protamination) приводит к образованию генетически и механически стабильного ядра, интуитивно предполагается, что предыдущее ремоделирование хроматина и возникающие в результате изменения в топологии ДНК [1] могут наносить генетический вред. Ранние наблюдения показали, что происходит гипер-ацетилирование H4 в сперматидах мышей [2,3] , это может служить первым доказательство, что хроматин может, скорее всего, испытывать временное состояние повышенной чувствительности к эндонуклеазам во время этого процесса [4]. Гипер-ацетилирование H4 также приводит к стадии зависимого от bromodomain, тестис-специфического белка (Brdt)-обеспечивающего изгнания гистонов [5,6]. In situ детекция 3'OH концов в сперматидах у мышей и людей подтверждает, что гипер-ацетилирование H4 в самом деле случайное или слегка предшествует образованию разрывов нитей ДНК, которые обнаруживаются во всей популяции сперматид [7]. Поскольку это явилось важным трансгенерационным воздействием, то установление генетических последствий этого структурного перехода и образования временных разрывов цепей ДНК стало конечной целью нашего исследования в течение последних 15 лет.

Наше первоначальное наблюдение, что временные разрывы нитей ДНК наблюдаются во всей популяции сперматид мышей и людей, то это исключает участие канонического апоптического процесса. Доказательства сходного быстрого роста разрывов нитей ДНК получены также у крыс [8], дрозофилы [9], кузнечиков (Eyprepocnemis plorans) [10] и водорослей (Chara vulgaris) [11]. Несколько методов было использовано для подтверждения, что временные разрывы нитей ДНК в сперматидах также включают существенную пропорцию двойных разрывов ДНК (DSBs). Для этого были использованы neutral comet assay, pulse-field gel electrophoresis [12], γH2AX мечение [13] и qTUNEL метод, причем разрывы двойной нити ДНК были специфически помечены в растворе вследствие предварительной ступени с использованием заполнения зарубок и пробелов ДНК [14]. Косвенные доказательства реакции репарации DSB базируются на γH2AX экспрессии, однако это необходимо принимать с осторожностью, поскольку последние также ассоциируют с альтерациями хроматина [15]. Были использованы также прямые методы в нашей группе, чтобы показать, что временные пост-мейотические DSBs также возникают у делящихся дрожжей, предоставляя строгое доказательство чрезвычайно консервативной природы этого механизма [16]. Несмотря на их преходящий характер, образование DSBs в гаплоидном контексте сперматид представляет собой генетическую угрозу, поскольку репарация должна базироваться исключительно на процессах соединения концов [17,18]. Принимая во внимание низкую репаративную активность ДНК, описанную в конденсированных сперматидах, можно ожидать потенциального нарушения процессинга этих DSBs, что ещё больше д. увеличивать генетическую нестабильность.

Итак, топологические изменения ДНК и компакция, вызываемые отложениями протаминов. Такой значительный переход не может быть генетически инертным, поскольку возникают разрывы нитей ДНК in situ на ступени ремоделирования хроматина. Эта потенциальная генетическая нестабильность, сопровождаемая возникновением значительного количества DSBs, затем репарируется в гаплоидных сперматидах. Это подтверждает, что используются обратимые энзиматические процессы, которые отличаются от канонического апоптоза. Выделен ряд стадий для лучшей характеризации генетического влияния этого перехода, продемонстрировано, что пост-мейотическая фрагментация ДНК законсервирована от человека до дрожжей и разработаны инструменты для инициального картирования по всему геному распределения DSB у модельных мышей. Следовательно, молекулярный механизм формирования пост-мейотических DSB и их репарации в сперматидах может стать важным компонентом хорошо известной склонности самцов к мутированию. Базируясь на наших недавних наблюдениях и данных литературы, мы полагаем, что ремоделирование хроматина в сперматидах предлагает надлежащий контекст для индукции полиморфизма de novo и структурных изменений, которые могут быть переданы следующему поколению.