Mozaicyzm w diagnostyce prenatalnej

Mozaicyzm chromosomowy jest znanym zjawiskiem w przypadku biopsji kosmówki. Chociaż płód i łożysko pochodzą z tej samej zygoty ich układ chromosomów może być różny co zostało odkryte zaraz po wprowadzeniu biopsji kosmówki (CVS –ang. chorionic vilus sampling) do diagnostyki prenatalnej przeprowadzanej w pierwszym trymestrze ciąży. Jest wiele raportów w którcyh  zaburzony kariotyp kosmówki, nie został potwierdzony w komórkach płodu. Biopsja kosmówki może być przeprowadzona na dwa sposoby: metoda bezpośrednia (STC-villi- ang. short term cultured Villi) oraz metoda hodowlana (LTC-villi – ang. long term cultured Villi). Techniki te różnią pochodzeniem komórek które są analizowane w preparatach cytogenetycznych: komórki w STC-villi pochodzą z cytotrofoblastu kosmowki, a te w LTC-villi pochodzą z mezenchymy. Cytotrofoblast i rdzeń mezenchymalny kosmówki mają inne pochodzenie embrionalne : cytotrofoblast pochodzi z trofoblastu blastocysty, podczas gdy mezenchyma kosmówki pochodzą z węzła zarodkowego. Analiza chromosomów tych dwóch typów komórek jest badaniem dwóch różnych kompartmentów embrionu, które mogą być chromosomowo rożne w konsekwencji post zygotycznych błędow mitotycznych. Ze względu na pochodzenie kariotyp mezenchymy lepiej reprezentuje kariotyp embrionu. Standardowa cytogenetyczna diagnoza prenatalna za pomocą biopsji kosmówki wykazuje mozaicyzm w 1-2% próbek. Czas i miejsce post-zygotycznych błędów mitotycznych podczas rozwoju embrionalnego, jak również pochodzenie mitotyczne lub mejotyczne aberracji chromosomowych determinuje wzór mozaicyzmu. Błędy w czasie wczesnych podziałów oryginalnie normalnej zygoty mogą powodować zgeneralizowany mozaicyzm obejmujący oba: łozyskowy i płodowy kompartyment. Natomiast, późniejsze błędy mające wpływ na specyficzne linie komórkowe prowadzą do ograniczonego do łożyska mozaicyzmu (CPM ang. confined placetnal mosaicism) i rzadziej ograniczonego do zarodka mozaicyzmu (CFM ang. confined fetal mosaicism).

Można wyróżnić dziewięć różnych typów mozaicyzmu: pięć ogólnych i cztery ograniczone. W codziennej praktyce cytogenetycznej diagnostyki prenatalnej wszystkie typy mogą być wykryte, co powoduje znaczną cytogenetyczną zmienność na osi trofoblast-embrion. Jeśli mozaicyzm chromosomowy jest stwierdzany za pomocą biopsji kosmówki w większości reprezentuje on CPM ze wskaźnikiem potwierdzenia u płodu tylko ok. 10%- zależnie od typu komórek (cytotrofoblast czy rdzeń mezenchymy) i typu zaburzeń chromosomowych. Ograniczony łożyskowy mozaicyzm z udziałem trisomii, co stanowi około 50% wszystkich przypadków CPM może być rezultatem somatycznej duplikacji wszystkich chromosomów w komórkach progenitorowych łożyska pochodzących z diploidalnej zygoty lub z trisomicznego zarodka z utratą dodatkowego chromosomu w embrionalnych a nie łożyskowych proegenitorowych komórkach. Jest to tzw. mechanizm ochrony przed trisomią (ang. trisomic zygote rescue) i jest związany z ryzykiem disomii jednorodzicielskiej (homologiczne chromosomy pochodzą tylko od jednego z rodziców, ang. UPD – uniparental disomy) w normalnej linii komórkowej. Występowanie UPD w serii 24 przypadków CPM z udziałem trisomii wynosiło 4%, potwierdzając mitotyczna naturę większości przypadków CPM z trisomią. Chociaż większość ciąż z mozaicyzmem ograniczonym do łożyska przebiega bez żadnych powikłań, jednak w tych ciążach występuje podwyższone ryzyko opóźnionego wzrostu wewnątrzmacicznego, poronienia, zaburzeń funkcji łożyska, UPD lub ukrytego mozaicyzmu płodowego. W badaniu płynu owodniowego za pomocą klasycznych technik cytogenetycznych mozaicyzm chromosomowy jest wykrywany rzadziej niż w przypadku biopsji kosmówki. Częstość występowania waha się od 0.1 do 0.3 % a potwierdzenie u płodu wynosi  około 70%. Występowanie mozaicyzmu chromosomowego w kosmówce (1-2%) i płynie owodniowym (0.1-0.3%) może być niedoszacowane z kilku powodów. Te procentowe dane są określane w trakcie cytogenetycznej diagnostyki prenatalnej za pomocą kariotypowania metodami prążkowymi. Zazwyczaj analizowanych jest około 10 płytek metafazowych co wyklucza 26% poziom mozaicyzmu z 95% pewnością. To oznacza, że niski poziom mozaicyzmu (<26 %) jest pomijany podczas rutynowych badań chromosomów, co prawdopodobnie prowadzi do niedoszacowania prawdziwego poziom mozaicyzmu w kosmówce i płynie owodniowym.

Dodatkowo klasyczne techniki cytogenetyczne używają kultur in vitro, co może zmieniać poziom mozaicyzmu in vivo w stronę normalnych komórek i dlatego mozaicyzm może zostać niewykryty. Wreszcie rozdzielczość kariotypowania wynosi 5-10 milionów par zasad (Mb) i dlatego mozaicyzm niektórych strukturalnych zaburzeń chromosomowych, które wydają się być częste w embrionach przed implantacją mogą być łatwo pominięte podczas prenatalnej diagnostyki jeśli są mniejsze niż 10 Mb.

To ważne by zdawać sobie z tego sprawę, że wysoki poziom mozaicyzmu może być częściowo rezultatem procedur in vitro. Badania sprawdzające częstość występowania mozaicyzmu ograniczonego do łożyska w ciążach uzyskanych za pomocą docytoplazmatycznej iniekcji pleminka (ICSI ang. intracytoplasmic sperm injection), oraz w ciążach spontanicznych nie wykazały między nimi znaczących różnic. Mozaicyzm związany z technikami wspomaganego rozrodu utrzymuje się na zbliżonym poziome jak w ciążach spontanicznych, więc pod koniec pierwszego trymestru nie ma różnicy w częstości mozaicyzmu pomiędzy embrionami z zapłodnienia in vitro a embrionami z poczęć spontanicznych.

Mozaicyzm chromosomowy w spontanicznych aborcjach

Około 15% stwierdzonych klinicznie ciąż kończy się w pierwszym trymestrze samoistnym poronieniem, głównie z powodu aberracji chromosomowych. Badania za pomocą kariotypowania, FISH, CGH i macierzy SNP wykazują, że w zależności od metody od 5 do 6 % tkanek po poronieniu wykazuje mozaicyzm. Wyniki te mogą być niedoszacowane ze tych samych przyczyn co kariotypowanie w diagnostyce prenatalnej jak również ze względu na to, że zazwyczaj tylko jeden listek zarodkowy podlega analizie.

Podsumowanie:

Skrining ludzkich embrionów in vitro przed transferem wykazał, że większość z nich wykazuje zaburzenia chromosomowe z dużą ilością anomalii wywodzących się z błędów podczas pierwszego podziału mitotycznego wczesnego etapu przedimplatacyjnego czego rezultatem są embriony obarczone mozaicyzmem. To podważona wiarygodność preimplantacyjnego skriningu genetycznego w stadium bruzdkowania.

Występowanie mozaicyzmu chromosomowego postnatalnie jest szacowane na ok. 1%. Niewiele jednak wiadomo na temat występowania mozaicyzmu w różnych organach u dzieci i dorosłych, ponieważ rutynowo tylko krew jest poddawana badaniu w cytogenetycznej diagnostyce postnatalnej. Obecnie w coraz większym stopniu uważa się, że mozaicyzm chromosomowy odgrywa rolę w rozwoju mózgu. Ze względu na wysoką częstość występowania, ocenianą w embrionach przed implantacją, mozaicyzm chromosomowy może być niedoceniany jako przyczyna ludzkich chorób. Dlatego, wiele kwestii dotyczących pochodzenia i wpływu mozaicyzmu na rozwój zarodka wymaga wyjaśnienia.

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, części 4 oraz części 5 serii artykułów pod wspólnym tytułem "Preimplantacja, diagnoza i edukacja".

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”.