Epigenetyka

Kluczowym procesem epigenetycznym po zapłodnieniu jest przywrócenie struktury chromatyny w celu uformowania funkcjonalnego genomu embrionu. W czasie zapłodnienia genom mateczny posiada znaczniki histonowe odziedziczone po oocycie i większość somatycznych epigenetycznych znaczników zachowanych w mejotycznych chromosomach, które są transferowane do zygoty. Natomiast znaczniki heterochromatyny pochodzenia ojcowskiego są tracone ponieważ podczas spermatogenezy histony zastępowane są protaminami. Po zapłodnieniu pojawiają się dramatyczne zmiany w organizacji chromatyny ojcowskiej, ponieważ protaminy są zastępowane przez nukleosomy pochodzenia matecznego. Wczesne embriony ludzkie wykazują zatem w obrębie regionu pericentrycznego asymetrię rodzicielską pod względem znaczników epigenetycznych, które są kluczowe dla dokładnej segregacji chromosomów w komórkach somatycznych. Wydaje się, że epigenetyczne znaczniki ojcowskiej pericentrycznej heterochromatyny mogą być nie wystarczająco rozwinięte w porównaniu do matecznych chromosomów i komórek somatycznych.

Wpływ procedur zapłodnienia in vitro na anomalie chromosomowe i mozaicyzm

Wiedza dotycząca wysokiego wskaźnika anomalii chromosomowych pochodzi prawie wyłącznie z embrionów powstałych na drodze zapłodnienia in vitro. Wydaje się dość prawdopodobne, że te anomalie są indukowane poprzez stymulację jajników oraz/lub warunki panujące w kulturach in vitro. Badania wykazują, że stymulacja jajników jest jednym z głównych czynników powodujących błędy post-zygotyczne, ale nie jedynym, gdyż wysoki poziom mozaicyzmu jest również obserwowany w embrionach uzyskanych od młodych kobiet poddawanym zapłodnieniu in vitro bez stymulacji jajników. Odnotowano różny poziom mozicyzmu w różnych centrach przeprowadzających zapłodnienie in vitro. Przyczyną tych różnic są głównie niejednolite procedury stymulacji jajników jak również odmienne parametry na etapie kultur in vitro takie jak: pH, skład pożywki, temperatura, stężenie tlenu czy jakość powietrza.

Mozaicyzmu a preimplantacyjny skrinig genetyczny

Wzrastająca liczba dowodów sugeruje, że częstość występowania anomalii chromosomowych w embrionach in vitro jest bardzo wysoka. Stało się również oczywiste, że dobra morfologia embrionu nie musi wykluczać zaburzeń chromosomowych. Uznawano, że skrining embrionów przed transferem do macicy spowoduje wzrost wskaźnika ciąż po zapłodnieniu in vitro. Przyczyniło się to do praktykowania preimplantacyjnego skriningu genetycznego (PGS ang. preimplantation genetic screening ) wykonywanego za pomocą techniki FISH (ang. fluorescent in situ hybridization) połączonego z biopsją trzy dniowego embrionu, co wiąże się z usunięciem jednego lub dwóch blastomerów do analizy. PGS był oferowany w wielu centrach in vitro, ale jego kliniczna wartość jest obecnie wątpliwa. Chociaż w badaniach retrospektywnych wykazano pozytywny efekt PGS na implantację oraz wskaźnik ciąż, badania prospektywne z randomizacją nie potwierdziły tego efektu, a wręcz wykazały odwrotną zależność.

Wysoki wskaźnik mozaicyzmu typu diploid-aneuploid obserwowany podczas PGS podważa wiarygodność tej diagnostyki, ponieważ blastomer, który został poddany biopsji nie jest reprezentacyjny dla pozostałego po analizie embrionu. Jeśli z embrionu  z mozaicyzmem diploid-aneuploid biopsji poddana zostanie diploidalna komórka, po analizie wyniku1) embrion taki zostanie transferowany. Tymczasem embrion ten zawiera aneuploidalne komórki, a dodatkowo ilość diploidalnych komórek zmniejsza się na skutek biopsji. W sytuacji odwrotnej gdy biopsji ulegnie aneuploidalna komórka, embrion nie jest transferowany, chociaż faktycznie stosunek diploidalnych do aneuploidalncych komórek się zwiększył się. By poprawić dokładność badania mozaicyzmu należałoby przeprowadzić analizę w stadium późniejszym niż bruzdowanie tj. w stadium blastocysty i pobrać większą ilość komórek np. 5-10 komórek trofoektodermy, co dodatkowo jest mniej szkodliwe dla embrionu niż biopsja w stadium bruzdkowania.

Wpływ mozaicyzmu chromosomowego na implantację i rozwój embrionu.

Zgodnie z modelem proponowanym przez Evsikova i Verlinskiego z 1998 roku występuje zjawisko samo-eliminacji całego embrionu jeśli liczba aneuploidalnych komórek w stadium moruli osiągnie określoną wartość progową. Embriony z liczbą aneuploidalnych komórek poniżej tego poziomu rozwijają się i wchodzą w stadium blastocysty. Do tej pory nie badana tej hipotezy bezpośrednio na ludzkich embrionach, ale model mysi pokazał, że tolerowane jest do 30% aneuploidalnych komórek w pozornie zdrowych zwierzętach. Model ten jedna nie bierze pod uwagę typu i liczby chromosomów tworzących abberrację, które mogą wpływać na wartość progową. Pewne anomalie chromosomowe, na przykład trisomia 21 może być tolerowana w wyższej proporcji komórek ponieważ dodatkowy chromosom 21 jest kompatybilny z rozwojem. 

Autor opracowania: dr inż. Małgorzata Karbarz

Artykuł stanowi część projektu, o którym pisaliśmy w ubiegłym roku. Aby zapoznać się z wcześniejszymi częściami, zachęcamy do lektury części 1, części 2, część 3 oraz części 4 serii artykułów pod wspólnym tytułem "Preimplantacja, diagnoza i edukacja".

W kolejnych częściach serii, zajmiemy się następującymi zagadnieniami: mozaicyzmem w diagnostyce prenatalnej oraz mozaicyzmem chromosomowym w aborcjach spontanicznych. Bedzie to ostatnia część tej serii dlatego też znajdzie się w niej podsumowanie poruszanej problematyki.

Redakcja: Zofia Szafrańska-Czajka

redator prowadząca dział Bioetyka

zofia.szafranska@biotechnologia.pl

_______________________________________________________________________________

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