Глобальные эпигенетические изменения в компартментах бластоцист человека при генетическом дисбалансе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Актуальность. Эпигенетическое репрограммирование генома — важный фактор, определяющий успешное развитие эмбриона человека, но его механизмы изучены недостаточно, особенно при генетическом дисбалансе.

Цель — анализ уровня метилирования и гидроксиметилирования ДНК в клетках трофэктодермы и внутренней клеточной массы бластоцист человека с учетом их генетической сбалансированности.

Материалы и методы. Исследованы 22 бластоцисты человека, полученные в рамках вспомогательных репродуктивных технологий: с генетическим дисбалансом (n = 15) и без такового (n = 7). Детекцию 5-метилцитозина (5mC) и 5-гидроксиметилцитозина (5hmC) в трофэктодерме и внутренней клеточной массе осуществляли иммуноцитохимическим методом.

Результаты. При генетическом дисбалансе уровень метилирования ДНК повышается в обоих компартментах бластоцист. Уровень гидроксиметилирования ДНК, напротив, повышается только во внутренней клеточной массе, а в трофэктодерме остается таким же, как у генетически сбалансированных эмбрионов. Эти изменения приводят к тому, что у генетически несбалансированных бластоцист содержание 5hmC во внутренней клеточной массе и трофэктодерме становится одинаковым, тогда как у генетически сбалансированных эмбрионов уровень гидроксиметилирования ДНК во внутренней клеточной массе значительно ниже, чем в трофэктодерме.

Выводы. Генетический дисбаланс ассоциирован с дифференциальными изменениями эпигенетических модификаций ДНК в клетках трофэктодермы и внутренней клеточной массы бластоцист человека: увеличением уровня 5mC в обоих компартментах и 5hmC — только во внутренней клеточной массе. Сохранение в трофэктодерме при генетическом дисбалансе такого же уровня гидроксиметилирования ДНК, как у генетически сбалансированных эмбрионов, может объяснять способность к имплантации бластоцист с аномальным кариотипом.

Об авторах

Андрей Владимирович Тихонов

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Автор, ответственный за переписку.
Email: tixonov5790@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2557-6642
SPIN-код: 3170-2629
Scopus Author ID: 57191821068
ResearcherId: Q-1380-2016

канд. биол. наук

Россия, Санкт-Петербург

Михаил Игоревич Крапивин

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Email: krapivin-mihail@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1693-5973
SPIN-код: 4989-1932
Scopus Author ID: 56507166200
ResearcherId: F-4166-2017
Россия, Санкт-Петербург

Ольга Викторовна Малышева

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Email: omal99@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8626-5071
SPIN-код: 1740-2691
Scopus Author ID: 6603763549
ResearcherId: O-9897-2014

канд. биол. наук

Россия, Санкт-Петербург

Алла Сергеевна Кольцова

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Email: rosenrot15@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6587-9429
SPIN-код: 3038-4096
Scopus Author ID: 57189621865
ResearcherId: O-1814-2017
Россия, Санкт-Петербург

Евгения Михайловна Комарова

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Email: evgmkomarova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9988-9879
SPIN-код: 1056-7821
Scopus Author ID: 57191625749

канд. биол. наук

Россия, Санкт-Петербург

Арина Вячеславовна Голубева

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Email: AlikovaAV1504@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1613-222X
SPIN-код: 4610-3686
Россия, Санкт-Петербург

Ольга Алексеевна Ефимова

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта

Email: efimova_o82@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4495-0983
SPIN-код: 6959-5014
Scopus Author ID: 14013324600
ResearcherId: F-5764-2014

канд. биол. наук

Россия, Санкт-Петербург

Анна Андреевна Пендина

Научно-исследовательский институт акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д.О. Отта; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: pendina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9182-9188
SPIN-код: 3123-2133
Scopus Author ID: 6506976983

канд. биол. наук

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Hyde K.J., Schust D.J. Genetic considerations in recurrent pregnancy loss // Cold Spring Harb Perspect Med. 2015. Vol. 5, N 3. ID a023119. doi: 10.1101/cshperspect.a023119
  2. Soler A., Morales C., Mademont-Soler I., et al. Overview of chromosome abnormalities in first trimester miscarriages: A series of 1,011 consecutive chorionic villi sample karyotypes // Cytogenet Genome Res. 2017. Vol. 152, N 2. P. 81–89. doi: 10.1159/000477707
  3. McCoy R.C., Summers M.C., McCollin A., et al. Meiotic and mitotic aneuploidies drive arrest of in vitro fertilized human preimplantation embryos // Genome Med. 2023. Vol. 15, N 1. ID 77. doi: 10.1186/s13073-023-01231-1
  4. Chatzimeletiou K., Morrison E.E., Prapas N., et al. Spindle abnormalities in normally developing and arrested human preimplantation embryos in vitro identified by confocal laser scanning microscopy // Hum Reprod. 2005. Vol. 20, N 3. P. 672–682. doi: 10.1093/humrep/deh652
  5. Holubcová Z., Blayney M., Elder K., Schuh M. Human oocytes. Error-prone chromosome-mediated spindle assembly favors chromosome segregation defects in human oocytes // Science. 2015. Vol. 348, N 6239. P. 1143–1147. doi: 10.1126/science.aaa9529
  6. Treff N.R., Thompson K., Rafizadeh M., et al. SNP array-based analyses of unbalanced embryos as a reference to distinguish between balanced translocation carrier and normal blastocysts // J Assist Reprod Genet. 2016. Vol. 33, N 8. P. 1115–1119. doi: 10.1007/s10815-016-0734-0
  7. Bradley C.K., Livingstone M., Traversa M.V., McArthur S.J. Impact of multiple blastocyst biopsy and vitrification-warming procedures on pregnancy outcomes // Fertil Steril. 2017. Vol. 108, N 6. P. 999–1006. doi: 10.1016/j.fertnstert.2017.09.013
  8. Fragouli E., Alfarawati S., Spath K., et al. Analysis of implantation and ongoing pregnancy rates following the transfer of mosaic diploid-aneuploid blastocysts // Hum Genet. 2017. Vol. 136. P. 805–819. doi: 10.1007/s00439-017-1797-4
  9. Lledo B., Morales R., Ortiz J.A., et al. Implantation potential of mosaic embryos // Syst Biol Reprod Med. 2017. Vol. 63, N 3. P. 206–208. doi: 10.1080/19396368.2017.1296045
  10. Munné S., Blazek J., Large M., et al. Detailed investigation into the cytogenetic constitution and pregnancy outcome of replacing mosaic blastocysts detected with the use of high-resolution next-generation sequencing // Fertil Steril. 2017. Vol. 108, N 1. P. 62–71.e8. doi: 10.1016/j.fertnstert.2017.05.002
  11. Kubicek D., Hornak M., Horak J., et al. Incidence and origin of meiotic whole and segmental chromosomal aneuploidies detected by karyomapping // Reprod Biomed Online. 2019. Vol. 38, N 3. P. 330–339. doi: 10.1016/j.rbmo.2018.11.023
  12. Chow J.F.C., Cheng H.H.Y., Lau E.Y.L., et al. Distinguishing between carrier and noncarrier embryos with the use of long-read sequencing in preimplantation genetic testing for reciprocal translocations // Genomics. 2020. Vol. 112, N 1. P. 494–500. doi: 10.1016/j.ygeno.2019.04.001
  13. Konstantinidis M., Ravichandran K., Gunes Z., et al. Aneuploidy and recombination in the human preimplantation embryo. Copy number variation analysis and genome-wide polymorphism genotyping // Reprod Biomed Online. 2020. Vol. 40, N 4. P. 479–493. doi: 10.1016/j.rbmo.2019.12.008
  14. Fragouli E., Lenzi M., Ross R., et al. Comprehensive molecular cytogenetic analysis of the human blastocyst stage // Hum Reprod. 2008. Vol. 23, N 11. P. 2596–2608. doi: 10.1093/humrep/den287
  15. Fragouli E., Alfarawati S., Spath K., et al. The origin and impact of embryonic aneuploidy // Hum Genet. 2013. Vol. 132, N 9. P. 1001–1013. doi: 10.1007/s00439-013-1309-0
  16. Capalbo A., Poli M., Rienzi L., et al. Mosaic human preimplantation embryos and their developmental potential in a prospective, non-selection clinical trial // Am J Hum Genet. 2021. Vol. 108, N 12. P. 2238–2247. doi: 10.1016/j.ajhg.2021.11.002
  17. Чиряева О.Г., Пендина А.А., Тихонов А.В., и др. Сравнительный анализ аномалий кариотипа при неразвивающейся беременности, наступившей естественным путем и с применением вспомогательных репродуктивных технологий // Журнал акушерства и женских болезней. 2012. Т. 61, № 3. С. 132–140. EDN: QAQIMR doi: 10.17816/JOWD613132-140
  18. Nagaoka S.I., Hassold T.J., Hunt P.A. Human aneuploidy: mechanisms and new insights into an age-old problem // Nat Rev Genet. 2012. Vol. 13, N 7. P. 493–504. doi: 10.1038/nrg3245
  19. Zhu P., Guo H., Ren Y., et al. Single-cell DNA methylome sequencing of human preimplantation embryos // Nat Genet. 2018. Vol. 50. P. 12–19. doi: 10.1038/s41588-017-0007-6
  20. Arand J., Reijo Pera R.A., Wossidlo M. Reprogramming of DNA methylation is linked to successful human preimplantation development // Histochem Cell Biol. 2021. Vol. 156, N 3. P. 197–207. doi: 10.1007/s00418-021-02008-6
  21. Fulka H., Mrazek M., Tepla O., Fulka J. Jr. DNA methylation pattern in human zygotes and developing embryos // Reproduction. 2004. Vol. 128, N 6. P. 703–708. doi: 10.1530/rep.1.00217
  22. Feng S., Jacobsen S.E., Reik W. Epigenetic reprogramming in plant and animal development // Science. 2010. Vol. 330, N 6004. P. 622–627. doi: 10.1126/science.1190614
  23. Seisenberger S., Peat J.R., Hore T.A., et al. Reprogramming DNA methylation in the mammalian life cycle: building and breaking epigenetic barriers // Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2013. Vol. 368, N 1609. ID 20110330. doi: 10.1098/rstb.2011.0330
  24. Marcho C., Cui W., Mager J. Epigenetic dynamics during preimplantation development // Reproduction. 2015. Vol. 150, N 3. P. R109–R120. doi: 10.1530/REP-15-0180
  25. White C.R., MacDonald W.A., Mann M.R. Conservation of DNA methylation programming between mouse and human gametes and preimplantation embryos // Biol Reprod. 2016. Vol. 95, N 3. ID 61. doi: 10.1095/biolreprod.116.140319
  26. Bird A. DNA methylation patterns and epigenetic memory // Genes Dev. 2002. Vol. 16, N 1. P. 6–21. doi: 10.1101/gad.947102
  27. Pastor W.A., Aravind L., Rao A. TETonic shift: biological roles of TET proteins in DNA demethylation and transcription // Nat Rev Mol Cell Biol. 2013. Vol. 14, N 6. P. 341–356. doi: 10.1038/nrm3589
  28. Tahiliani M., Koh K.P., Shen Y., et al. Conversion of 5-methylcytosine to 5-hydroxymethylcytosine in mammalian DNA by MLL partner TET1 // Science. 2009. Vol. 324, N 5929. P. 930–935. doi: 10.1126/science.1170116
  29. Ito S., Shen L., Dai Q., et al. Tet proteins can convert 5-methylcytosine to 5-formylcytosine and 5-carboxylcytosine // Science. 2011. Vol. 333, N 6047. P. 1300–1303. doi: 10.1126/science.1210597
  30. Guo H., Zhu P., Yan L., et al. The DNA methylation landscape of human early embryos // Nature. 2014. Vol. 511, N 7511. P. 606–610. doi: 10.1038/nature13544
  31. Moen E.L., Mariani C.J., Zullow H., et al. New themes in the biological functions of 5-methylcytosine and 5-hydroxymethylcytosine // Immunol Rev. 2015. Vol. 263, N 1. P. 36–49. doi: 10.1111/imr.12242
  32. Tikhonov A.V., Krapivin M.I., Malysheva O.V., et al. Re-examination of PGT-A detected genetic pathology in compartments of human blastocysts: A series of 23 cases // J Clin Med. 2024. Vol. 13, N 11. ID 3289. doi: 10.3390/jcm13113289
  33. Koltsova A.S., Efimova O.A., Malysheva O.V., et al. Cytogenomic profile of uterine leiomyoma: in vivo vs. in vitro comparison // Biomedicines. 2021. Vol. 9, N 12. ID 1777. doi: 10.3390/biomedicines9121777
  34. Pendina A.A., Efimova O.A., Fedorova I.D., et al. DNA methylation patterns of metaphase chromosomes in human preimplantation embryos // Cytogenet Genome Res. 2011. Vol. 132, N 1–2. P. 1–7. doi: 10.1159/000318673
  35. Efimova O.A., Pendina A.A., Tikhonov A.V., et al. Chromosome hydroxymethylation patterns in human zygotes and cleavage-stage embryos // Reproduction. 2015. Vol. 149, N 3. P. 223–233. doi: 10.1530/REP-14-0343
  36. Pendina A.A., Krapivin M.I., Efimova O.A., et al. Telomere length in metaphase chromosomes of human triploid zygotes // Int J Mol Sci. 2021. Vol. 22, N 11. ID 5579. doi: 10.3390/ijms22115579
  37. Munné S., Grifo J., Cohen J., Weier H.U. Chromosome abnormalities in human arrested preimplantation embryos: a multiple-probe FISH study // Am J Hum Genet. 1994. Vol. 55, N 1. P. 150–159.
  38. Munné S., Sultan K.M., Weier H.-U., et al. Assessment of numeric abnormalities of X, Y, 18, and 16 chromosomes in preimplantation human embryos before transfer // Am J Obstet Gynecol. 1995. Vol. 172, N 4. P. 1191–1201. doi: 10.1016/0002-9378(95)91479-x
  39. Pendina A.A., Efimova O.A., Chiryaeva O.G., et al. A comparative cytogenetic study of miscarriages after IVF and natural conception in women aged under and over 35 years // J Assist Reprod Genet. 2014. Vol. 31, N 2. P. 149–155. doi: 10.1007/s10815-013-0148-1
  40. Babariya D., Fragouli E., Alfarawati S., et al. The incidence and origin of segmental aneuploidy in human oocytes and preimplantation embryos // Hum Reprod. 2017. Vol. 32, N 12. P. 2549–2560. doi: 10.1093/humrep/dex324
  41. Pylyp L.Y., Spynenko L.O., Verhoglyad N.V., et al. Chromosomal abnormalities in products of conception of first-trimester miscarriages detected by conventional cytogenetic analysis: a review of 1000 cases // J Assist Reprod Genet. 2018. Vol. 35, N 2. P. 265–271. doi: 10.1007/s10815-017-1069-1
  42. Yang M., Tao X., Scott K., et al. Evaluation of genome-wide DNA methylation profile of human embryos with different developmental competences // Hum Reprod. 2021. Vol. 36, N 6. P. 1682–1690. doi: 10.1093/humrep/deab074
  43. Chavez S.L., Loewke K.E., Han J., et al. Dynamic blastomere behaviour reflects human embryo ploidy by the four-cell stage // Nat Commun. 2012. Vol. 3. ID 1251. doi: 10.1038/ncomms2249
  44. Grau N., Escrich L., Galiana Y., et al. Morphokinetics as a predictor of self-correction to diploidy in tripronucleated intracytoplasmic sperm injection-derived human embryos // Fertil Steril. 2015. Vol. 104, N 3. P. 728–735. doi: 10.1016/j.fertnstert.2015.05.024
  45. Martín Á., Rodrigo L., Beltrán D., et al. The morphokinetic signature of mosaic embryos: evidence in support of their own genetic identity // Fertil Steril. 2021. Vol. 116, N 1. P. 165–173. doi: 10.1016/j.fertnstert.2020.12.031
  46. Martin A., Mercader A., Dominguez F., et al. Mosaic results after preimplantation genetic testing for aneuploidy may be accompanied by changes in global gene expression // Front Mol Biosci. 2023. Vol. 10. ID 1180689. doi: 10.3389/fmolb.2023.1180689
  47. Beaujean N., Hartshorne G., Cavilla J., et al. Non-conservation of mammalian preimplantation methylation dynamics // Curr Biol. 2004. Vol. 14, N 7. P. R266–R267. doi: 10.1016/j.cub.2004.03.019
  48. Fulka H., Barnetova I., Mosko T., Fulka J. Epigenetic analysis of human spermatozoa after their injection into ovulated mouse oocytes // Hum Reprod. 2008. Vol. 23, N 3. P. 627–634. doi: 10.1093/humrep/dem406
  49. Guo F., Li X., Liang D., et al. Active and passive demethylation of male and female pronuclear DNA in the mammalian zygote // Cell Stem Cell. 2014. Vol. 15, N 4. P. 447–459. doi: 10.1016/j.stem.2014.08.003
  50. Gao Y., Li L., Yuan P., et al. 5-Formylcytosine landscapes of human preimplantation embryos at single-cell resolution // PLoS Biol. 2020. Vol. 18, N 7. ID e3000799. doi: 10.1371/journal.pbio.3000799
  51. Parks J.C., McCallie B.R., Janesch A.M., et al. Blastocyst gene expression correlates with implantation potential // Fertil Steril. 2011. Vol. 95, N 4. P. 1367–1372. doi: 10.1016/j.fertnstert.2010.08.009
  52. Assou S., Boumela I., Haouzi D., et al. Transcriptome analysis during human trophectoderm specification suggests new roles of metabolic and epigenetic genes // PLoS One. 2012. Vol. 7, N 6. ID e39306. doi: 10.1371/journal.pone.0039306
  53. Liu Y., Zhang Y., Li S., Cui J. Gene expression pattern of trophoblast-specific transcription factors in trophectoderm by analysis of single-cell RNA-seq data of human blastocyst // Funct Integr Genomics. 2021. Vol. 21, N 2. P. 205–214. doi: 10.1007/s10142-021-00770-3
  54. Lee S.-M. Detecting DNA hydroxymethylation: exploring its role in genome regulation // BMB Rep. 2024. Vol. 57, N 3. P. 135–142. doi: 10.5483/BMBRep.2023-0250

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Ядра клеток из внутренней клеточной массы (ВКМ) и трофэктодермы (ТЭ) генетически сбалансированных и несбалансированных бластоцист человека после иммуноцитохимического окрашивания с использованием специфических антител к 5-метилцитозину (AT-5mC) и 5-гидроксиметилцитозину (AT-5hmC)

Скачать (497KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Сравнение во внутренней клеточной массе (ВКМ) и трофэктодерме (ТЭ) уровней метилирования и гидроксиметилирования ДНК, оцененных по интенсивности флуоресценции специфических антител к 5-метилцитозину (5mC) и 5-гидросиметилцитозину (5hmC), между генетически сбалансированными и несбалансированными бластоцистами человека (критерий Манна–Уитни)

Скачать (206KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Сравнение уровней метилирования и гидроксиметилирования ДНК, оцененных по интенсивности флуоресценции специфических антител к 5-метилцитозину (5mC) и 5-гидроксиметилцитозину (5hmC), во внутренней клеточной массе (ВКМ) и трофэктодерме (ТЭ) у генетически сбалансированных и несбалансированных бластоцист человека (критерий Манна–Уитни)

Скачать (182KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».