Dla przypomnienia, do tej pory mówiliśmy o diagnostyce preimplantacyjnej i technikach wspomaganego rozrodu oraz o diagnostyce preimplantacyjnej dla chorób monogennych.
W tej części spróbujemy odpowiedzieć na pytania dotyczące przyczyn tzw. niepowodzeń reprodukcyjnych. Odpowiedź ta będzie merytoryczna, pisana z perspektywy nauk biomedycznych. Jesteśmy przekonani, że gruntowna wiedza na temat niestabilności chromosomalnej embrionu pozwoli na indywidualną merytoryczną refleksję (bio)etyczną procesów i zabiegów związanych z opisywanym zjawiskiem.

***

Wprowadzenie

Reprodukcja u ludzi uważana jest za mało wydajny proces. Szanse na zajście w ciążę po odbyciu stosunku płciowego w czasie dni płodnych kobiety wynoszą 30%, dla porównania u rezusów, pawianów, gryzoni i królików jest to 70-90 %. Mała wydajność spowodowana jest wysokim odsetkiem poronień przedklinicznych (60% wszystkich poczęć), spowodowanych w dużym stopniu zaburzeniami chromosomowymi embrionu. Zarówno analiza tkanek embrionalnych po spontanicznym poronieniu jak i preimplantacyjna analiza embrionów in vitro potwierdza, że niestabilność chromosomowa występuje z dużą częstością i jest nieodłącznym elementem ludzkiego poczęcia.

Błędy mejotyczne a aneuploidia embrionu.

Badania wykazują, że większość preimplantacyjnych embrionów nie ma jednolitego układu chromosomów w każdej komórce. Są to tzw. embriony mozaikowe, powstałe na skutek post- mejotycznych błędów w segregacji chromosomów. Do tej pory jedynym zidentyfikowanym czynnikiem etiologicznym zwiększającym ryzyko wystąpienia zaburzeń chromosomowych jest wiek matki. Aneuploidalność dotyczy 0.3% noworodków, 4% dzieci martwo urodzonych, 35% embrionów pochodzących z samoistnych poronień. U noworodków i dzieci martwo urodzonych najczęściej występują trisomie chromosomu 13,18 i 21 oraz aneuploidie chromosomów płci (45,X, 47,XXX, 47,XXY oraz 47, XYY). U płodów pochodzących z samoistnych poronień występują trisomie wszystkich chromosomów, najczęściej trisomie 15, 16, 21, 22. Poza trisomią 21 aberracje te są letalne a płody mogą przeżyć pierwszy trymestr ciąży, tylko gdy są mozaikowe. Jedyną znaczącą monosomią jest 45,X i stanowi przyczynę 10% samoistnych poronień.

Poprzez analizę polimorfizmu DNA można ustalić źródło pochodzenie dodatkowego chromosomu. W zależności od analizowanego chromosomu występuje zróżnicowanie ze względu na pochodzenie (mateczne, ojcowskie) jak i podział mejotyczny w którym dochodzi do błędów w segregacji. Na przykład błędy ojcowskiego pochodzenia stanowią 30-50% przypadków 47,XXY oraz trisomi 2, ale są rzadko obserwowane w innych trisomiach. Trisomia 16 ma prawie wyłącznie pochodzenie mateczne i spowodowana jest błędami podczas I podziału mejotycznego, podczas gdy triosmia 18 często powstaje w wyniku błędów w II podziale mejotycznym. . Te wyniki zostały potwierdzone analizą oocytów i plemników. Aneuploidalność wynosi tylko 1-4% w przypadku plemników i 10-70% w zależności od użytej metody analizy i wieku kobiety w przypadku oocytów. W oocytach obserwuje się zaburzenia wszystkich chromosomów, ale najczęściej występują 15, 16, 18, 21 i 22. Podsumowując można powiedzieć, że większość powstałych zaburzeń chromosomowych spowodowanych jest błędami w pierwszym podziale mejotycznym i jest pochodzenia matecznego, ich częstotliwość wzrasta zależnie od wieku matki, a niektóre chromosomy ulegają im częściej.

Aneuploidia i mozaicyzm w stadium bruzdkowania.

Wiedza dotycząca układu chromosomów preimpantacyjnych embrionów ludzkich pochodzi z wyników analiz embrionów w stadium bruzdkowania tj., gdy embrion zawiera 2-6 blastomerów. Wyniki pokazują, że ok. 60% ludzkich embrionów w stadium bruzdkowania uzyskanych drogą zapłodnienie in vitro wykazuje zaburzenia chromosomowe w obrębie swoich komórek. Anomalie te mogą powstawać na skutek zaburzeń podczas mejozy i wtedy występują w postaci jednolitej nieprawidłowości we wszystkich komórkach lub mogą być wynikiem błędów w segregacji podczas pierwszego podziału mitotycznego czego rezultatem jest mozaicyzm. Mozaicyzm definiowany jest jako współistnienie kariotypowo różnych linii komórkowych pochodzących z jednej zygoty. Embriony mozaikowe mogą się składać z mieszaniny komórek o normalnym i zaburzonym układzie chromosomów (mozaicyzm diploidalno-aneuploidalny) lub z komórek z rożnymi typami anomalii (mozaicyzm aneuploidalny). Badania przeprowadzone na 815 aludzkich embrionach wykazały, że 22% z nich było jednolicie diploidalnych a tylko 5 % było jednolicie zaburzonych. Mozaicyzm chromosomowy występował w 73%, a w obrębie tej grupy 80% stanowił mozaicyzm diploidalno – aneuploidalny. Ostatnie analizy przy użyciu porównawczej hybrydyzacji genomowej (CGH, ang. comparative genomic hybridization) pokazują, że trzy czwarte normalnie rozwijających się ludzkich embrionów wykazuje mozaicyzm chromosomowy na etapie bruzdkowania, a tylko jedna czwarta jest jednolicie diploidalna. Mozaicyzm chromosomowy to powszechne zjawisko na wczesnym etapie rozwoju ludzkiego embrionu.

Aneuploidie występujące u dzieci żywo i martwo urodzonych tłumaczone są w większości błędami w mejozie u matek, jednak w przypadku embrionów preimplantacyjnych jest inaczej. Szczegółowa analiza tych embrionów pochodzących od młodych kobiet wykazała, że tylko 10-20% obserwowanych zaburzeń może być wyjaśnione poprzez błędy w segregacji chromosomów podczas mejozy. Przyczyną występowania pozostałych anomalii są błędy podczas pierwszego podziału w procesie bruzdkowania, który według klasycznych definicji uważany jesz za podział mitotyczny. Badania preimplantacyjnych embrionów przy użyciu CGH wykazały, że obok zaburzeń w liczbie chromosomów, występują również zaburzenia ich struktury. Analiza jakościowo dobrych embrionów pochodzących od młodych, płodnych kobiet poddawanych zapłodnieniu in vitro wykazała mozaicyzm u 70% embrionów pod względem segmentalnych delecji, duplikacji i amplifikacji. Za przyczynę tych częściowych aneuploidii uważa się pęknięcia podwójnej nici DNA a następnie fuzję w zygocie lub dwu komórkowym embrionie. Znaczenie tych odkryć jest wciąż słabo poznane. 

dr inż. Małgorzata Karbarz

Artykuł stanowi część projektu, o którym pisaliśmy w ubiegłym roku - link do artykułu.

„Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer DEC-2013/10/E/HS5/00157”

***

W kolejnych częściach serii, zajmiemy się dalszymi etapami rozwoju życia płodowego w kontekście zaburzeń chromosomalnych oraz zjawisku temu obserwowanemu podczas stosowania procedury in vitro.

Redakcja: Zofia Szafrańska-Czajka

redator prowadząca dział Bioetyka

zofia.szafranska@biotechnologia.pl