В человеческих эмбрионах очень часто встречаются анеуплоидии, наследуемые по материнской линии, которые в подавляющем большинстве случаев определяют нарушение развития на пре- или постимплантационных стадиях. Однако недавние данные, полученные в результате различных технологий, используемых в лаборатории ЭКО, выявили более широкий и сложный сценарий. Поражающие паттерны, возникающие на клеточном или молекулярном уровне, могут влиять на несколько этапов траектории развития бластоцисты. В этом контексте оплодотворение является чрезвычайно деликатной фазой, поскольку оно знаменует собой переход между гаметической(отдельных половых клеток) и эмбриональной жизнью. Центросомы, необходимые для митоза, собираются ex novo из компонентов обоих родителей. Очень крупные и изначально отдаленные ядра (пронуклеусы) сближаются и располагаются в центре. Наборы материнских и отцовских хромосом, первоначально разделенные и разбросанные внутри соответствующих пронуклеусов, группируются там, где пронуклеусы соприкасаются, чтобы облегчить их сборку в митотическом веретене.
Мейотическое веретено заменяется механизмом сегрегации( процесс продольного расщепления хромосом на хроматиды (дочерние хромосомы) в митозе с последующим их расхождением к разным полюсам) , который может формироваться как временное или постоянное двойное митотическое веретено. Материнские белки способствуют распаду материнских мРНК, обеспечивая трансляцию вновь синтезированных зиготических транскриптов. Разнообразие и сложность этих событий, регулируемых в точном временном порядке и происходящих в узких временных окнах, делают процесс оплодотворения крайне подверженным ошибкам. Как следствие, при первом митотическом делении может быть утрачена клеточная или геномная целостность с фатальными последствиями для эмбрионального развития.
Введение
Предимплантационный эмбрион человека имеет ограниченную способность к развитию. Приблизительно 50% ооцитов, оплодотворенных in vitro, могут развиться в бластоцисты (Специальная группа ESHRE по эмбриологии и альфа-ученым в области репродуктивной медицины, 2017 г.), из которых лишь небольшая часть имеет нормальный хромосомный набор. Манипуляции, связанные технологией ЭКО, могут быть частично ответственны за эти цифры, но внутренние клеточные причины в значительной степени преобладают. Анеуплоидии, происходящие из ооцитов, фатально влияют на целостность генома эмбриона (Gruhn et al., 2019). Тем не менее, данные, полученные в последнее десятилетие, выявили более широкий сценарий, в котором материнские, отцовские факторы и факторы развития могут вызывать неудачи на нескольких этапах пути к бластоцисте и имплантации.
Морфологические закономерности предполагают, что развитие может быть остановлено даже в его начале, во время превращения зиготы в двухклеточный эмбрион (Coticchio et al., 2022). Причины этой хрупкости разнообразны: перестройка и сборка ключевых материнских и отцовских компонентов, переход от мейотической к митотической регуляции, изменение клеточного дизайна от асимметричного к симметричному, уникальное расположение родительских геномов в двух пронуклеусах (PNi). , если упомянуть лишь некоторые. Предоставляя возможности для этого обзора, авторы представляют недавние данные о развитии, клеточные и генетические данные, фокусирующиеся на опасностях, встречающихся на пути от оплодотворения к раннему развитию.
Вместе эти знания дают более широкое понимание сложности и несовершенства человеческого развития, а также новые возможности для практики ВРТ.
Подготовка к первому митозу
Изменение дизайна клетки
Происхождение двух эквивалентных бластомеров в результате первого митоза предполагает симметричный дизайн клетки-предшественника, зиготы, это необходимо для достижения сбалансированного распределения органелл. Несмотря на очевидность, это предварительное условие по своей природе трудно выполнимо, поскольку конструкция ооцита претерпевает два противоположных изменения во время оогенеза и оплодотворения.
Симметрично организованные первичные ооциты развиваются в полностью созревшие преовуляторные ооциты, имеющие мейотическое веретено (в метафазе I и II) эксцентрично расположенное сразу под оолеммой (rev. Coticchio et al. (2015)). Это расположение снова меняется во время оплодотворения, когда органеллы и пронуклеусы распределяются симметрично. В частности, пронуклеусы подвержены большим смещениям в процессе своего формирования и развития. При стандартном ЭКО (и, предположительно, при ЭКО) как материнские, так и отцовские пронуклеусы изначально расплагаются кортикально (Iwata and Mio, 2016).
При оплодотворении ИКСИ формирование мужского пронуклеуса может начинаться в центре, кортикально или в срединном положении, вероятно, в зависимости от места нахождения сперматозоида (Coticchio et al., 2018). В дальнейшем, наконец, пронуклеусы совмещаются и перемещаются в центр. Это выдающееся логистическое начинание, учитывая размер этих органелл в клеточном масштабе и скорость (до 40 лм/ч(люмен\час), с которой происходит это изменение положения (Coticchio et al., 2018). Хотя механизмы смещения пронуклеусов могут различаться у разных видов, в общем, сопоставление пронуклеусов зависит от моторных белков динеина, которые транспортируют женский пронуклеус к мужскому пронуклеусу. Это смещение происходит вдоль волокон астральных микротрубочек, происходящих из спермы, и направляется ими (Meaders and Burgess, 2020).
В конечном счете, этот аппарат также доставляет уже сопоставленные пронуклеусы в центр клетки, руководствуясь позиционными сигналами, которые остаются неизвестными. Вполне вероятно, что отталкивание астральных микротрубочек от коры или заякоривание динеина в выбранных фокальных точках по всей цитоплазме может направлять сеть микротрубочек и прикрепленные пронуклеусы к центру зиготы (rev. Clift and Schuh (2013)).
Хотя и не часто, неспособность достичь или сохранить этот симметричный дизайн влияет на дальнейшее развитие. Отсутствие центрального расположения пронуклеусов связано с двукратным снижением шансов живорождения (Barberet et al., 2019). Центральное расположение пронуклеусов также может быть утрачено перед делением клетки; это особенно аномальное явление, часто сопровождающееся деформацией кортикального слоя и прямым делением зиготы на три бластомера, называемое здесь трихотомическим дроблением (Coticchio et al., 2018). Различия в размерах между отцовскими и материнскими пронуклеусами (обзор в (Coticchio et al., 2022)) также влияют на симметричный дизайн и влияют на развитие эмбриона (Goud et al., 1999; Iwata and Mio, 2016; Otsuki et al., 2017). ; Coticchio et al., 2018).
Формирование и репозиция пронуклеусов сопровождаются образованием цитоплазматического гало (Наlo-эффект), описываемого как уменьшение зернистости кортикальной цитоплазмы (Salumets et al., 2001) из-за центростремительного движения органелл (Bavister and Squirrell, 2000).
Неспособность образовывать цитоплазматический ореол имеет значение (Scott and Smith, 1998; Ebner et al., 2003). Гало-отрицательные зиготы подвергаются более высокому риску нерегулярного по времени клеточного деления, слияния клеток и асимметричного деления; они также демонстрируют сниженную способность развиваться в бластоцисты и поддерживать расширение бластоцеля (Ezoe et al., 2020).
Изменения в дизайне ооцитов также связаны с другими изменениями коркового домена. Данные, полученные на мышиной модели, указывают на то, что кора ооцита метафазы II асимметрична, с накоплением актомиозина II вблизи веретена (Brunet and Verlhac, 2011).
Асимметричная локализация этого цитоскелетного аппарата определяет различные механические свойства коры, которая становится более жесткой вблизи веретена и значительно более мягкой у противоположного полюса. В зиготе корковое напряжение теряет эту асимметрию и в целом увеличивается в 1,6 раза (Larson et al., 2010). Эти изменяющиеся механические свойства коры важны для перехода между завершением мейоза и оплодотворением. Более жесткий домен необходим для асимметричного деления и экструзии полярного тельца, но не для симметричного дробления зиготы. Данные о этих процессах у людей скудны, но некоторые подсказки указывают на роль механических свойств коры в нормальном и аномальном развитии человека. Поляризованное распределение актина в ооцитах метафазы II (Coticchio et al., 2014) и случайное слияние второго полярного тельца с зиготой, приводящее к замедленному образованию одного дополнительного пронуклеуса, согласуются с этой гипотезой (Ezoe et al., 2022). ).
Кроме того, данные, полученные на мышах и людях, позволяют предположить, что измерение механической реакции коры зиготы и/или блестящей оболочки на всасывание через микропипетку может предсказать жизнеспособность эмбриона с точки зрения развития до стадии бластоцисты (Yanez et al., 2016). открывает новые возможности методологии отбора эмбрионов при вспомогательной репродукции.
Репликация ДНК
Будучи заключенными в пронуклеарные компартменты (участок клетки, ограниченный двойной мембраной, в котором проходят специфические для данного компартмента биохимические процессы), материнская и отцовская ДНК должны подвергнуться репликации (удвоению), прежде чем хромосомы высвобождаются из пронуклеусов и захватываются митотическим веретеном. Совсем недавнее исследование выявило важные детали, присущие этой фазе (Palmerola et al., 2022).
Живое окрашивание эмбрионов человека с целью мониторинга синтеза ДНК показало, что ДНК реплицируется во время S-фазы клеточного цикла зиготы между 6 и 13 часами после ИКСИ, но не через 14 часов. Затем за синтезом ДНК следует фаза G2, которая длится 8–14 часов и завершается вступлением в митоз. Репликация генома — очень деликатная и опасная фаза клеточного цикла, поскольку она сопровождается сложными и потенциально опасными перестройками ДНК. В связи с этим возможные очаги повреждения ДНК контролировали путем окрашивания на cH2aX и Rad51, которые выявляют участки двухцепочечных разрывов ДНК (дцДНК) и репарации ДНК соответственно. Такие участки были видны только через 1–2 ч после появления пронуклеуса, но появлялись на более поздних стадиях развития ПП и в течение всего оставшегося интервала оплодотворения.
Это говорит о том, что de novo негаметические(те, что локализуются не в половых клетках) повреждения ДНК возникают во время S-фазы и могут сохраняться до начала первого расщепления. Дальнейшие анализы показали более масштабный сценарий со значительными последствиями для жизнеспособности эмбриона. Такое повреждение двухцепочечной ДНК, часто сопровождающееся другими типами повреждений, происходит из-за остановки вилок репликации ДНК и последующего образования неполной репликации ДНК. Как правило, этот дефицит возникает в бедных генами областях генома из-за ограниченного числа точек начала репликации ДНК. Неполностью реплицированная и/или поврежденная ДНК, сохраняющаяся в первом митозе, может вызывать разнообразные, потенциально летальные, аберрации: поломку хромосом до и во время сегрегации хромосом, микронуклеацию, сегментарную потерю хромосом на стадиях дробления и общую нестабильность генома, все из которых являются часто наблюдаемыми геномными проявлениями у эмбрионов человека (Kort et al., 2016).
Переход гаметы в родительский геном
Пронуклеусы человека содержат несколько заметных частиц, называемых телами-предшественниками ядрышек (NPB).
Ранние исследования, основанные на статическом микроскопическом наблюдении, показали, что кластеризация (группировка) тел-предшественников ядрышек на пронуклеарном интерфейсе (т.е. там, где пронуклеусы соприкасаются) была положительно связана с морфологическим качеством эмбриона (обзор в Coticchio et al., 2022). Эти предварительные выводы были подтверждены и расширены в недавнем исследовании, которое стало возможным благодаря передовой технологии покадровой съемки (TLT) и визуализации (Cavazza et al., 2021). Зиготы, в которых тела-предшественников ядрышек не могут кластеризоваться (сгруппироваться) на границе пронуклеуса незадолго до разрушения пронуклеуса (PNBD), имеют меньшую вероятность развития в бластоцисты. Почему характер распределения тел-предшественников ядрышек может предсказать качество эмбриона, является важным и интригующим вопросом с точки зрения развития.
Тела-предшественников ядрышек точно не определены биохимически, но их распределение, по-видимому, совпадает с локализацией хроматина. Действительно, в соответствии с паттерном тел-предшественников ядрышек, живое окрашивание показало, что конденсация хроматина и кластеризация на границе пронуклеуса положительно коррелируют с развитием до стадии бластоцисты. Наблюдения, проведенные на модели крупного рогатого скота, предлагают объяснение связи между кластеризацией хроматина и компетентностью в развитии (Cavazza et al., 2021). У этого вида незадолго до разрушения пронуклеуса хроматин также конденсируется на границе пронуклеуса. Как только пронуклеусы растворяются, хромосомы захватываются микротрубочками, проецируемыми двумя центросомами для сборки первого митотического веретена. Зиготы, демонстрирующие неконденсированный хроматин в одном пронуклеусе или в обоих пронуклеусах, страдают асинхронностью разрушения пронуклеуса и/или рядом аномалий веретена и сегрегации, включая нарушение конгресса хромосом, задержку анафазы и отставание хромосом в анафазе. Важно отметить, что хромосомы, вовлеченные в эти аберрации, в большинстве случаев происходят из неконденсированного хроматина. Эксперименты, направленные на определение роли специфических компонентов цитоскелета, показывают, как осуществляется кластеризация хроматина (Cavazza et al., 2021). Во-первых, есть доказательства того, что возникновение и локализация кластеризации хроматина совпадают с присутствием и точным положением двух центросом на границе пронуклеуса. Во-вторых, динеиновые моторные белки, которые косвенно, но функционально связаны с хромосомами через комплексы ядерных пор, способствуют кластеризации хроматина посредством их движения к центросомам. Следовательно, единый скоординированный механизм управляет как сопоставлением пронуклеусов, так и кластеризацией хроматина. В конечном счете, причина, по которой кластеризация хроматина коррелирует с компетенцией развития, может заключаться в размере пронуклеусов, который намного больше, чем у ядра соматической клетки. Вполне интуитивно, кластеризация хроматина, в отличие от рассеяния по всему объему пронуклеуса, сделает захват хромосом микротрубочками веретена более быстрым и точным, облегчая хромосомную конгрессию (процесс движения хромосом к экватору деления в конце метафазы (образование метафазной пластинки)
Одиночное или двойное митотическое веретено?
В классическом представлении о первом митозе митотическое веретено заменяет мейотическое веретено и разделяет родительские хромосомы. Недавние открытия бросают вызов этой парадигме, по крайней мере частично. У мышей хромосомы, высвобождаемые пронуклеусами, захватываются двумя, а не одним веретеном.
Эти веретена не только физически различны, хотя и соседствуют, они также функционально независимы, по крайней мере, до ранней анафазы (Reichmann et al., 2018). Затем два близко расположенных веретена функционируют синхронно перед слиянием в единую структуру, но родительские хромосомы остаются в значительной степени разделенными в два кластера во время сегрегации. Первоначальное образование двух веретен не ограничивается мышами, у которых зигота атипично лишена центросом, а организация веретена поддерживается несколькими центрами организации микротрубочек. С двумя центросомами, полученными из спермы, присутствующими в зиготе, бычья модель больше похожа на человеческую. У зигот этого вида сразу после разрушения пронуклеусов на прометафазе, помимо одиночных веретен, можно наблюдать большую долю сросшихся, двойных или отдельных веретен (Schneider et al., 2021). Хотя отдельные веретена склонны сливаться и образовывать единую структуру, их можно наблюдать до телофазы. В крайних случаях, когда пронуклеусы не соприкасаются и остаются отдаленными, два веретена формируются вокруг кластеров родительских хромосом и остаются отдельными на протяжении всего процесса сегрегации. На своих полюсах двойные веретена бычьих зигот могут быть ассоциированы с одной, двумя центросомами или без них, что позволяет предположить, что организация веретена не зависит от этих органелл. Скорее, образование и рост микротрубочек, по-видимому, запускаются хромосомами. Это объясняет, почему два веретена с четырьмя полюсами могут образовываться в присутствии только двух центросом. По понятным причинам исследования зиготического веретеновидного аппарата человека крайне редки. Однако по крайней мере в одном случае два отдельных веретена наблюдались в зиготе человека в анафазе, незадолго до завершения первого дробления (Xu et al., 2019).
Если два полностью или частично разделенных веретена сохраняются на протяжении первого митоза, отцовские и материнские хромосомные комплементы могут сегрегировать отдельно и давать дву- или многоядерные бластомеры на двухклеточной стадии. Следовательно, в этих случаях слияние двух геномов может происходить не в зиготе, а скорее в раннем делящемся зародыше. В то время как мононуклеарность считается правилом, двуядерность на этой стадии считается фактором, указывающим на отрицательный прогноз жизнеспособности эмбриона. Однако недавнее исследование ставит под сомнение это представление. Это предполагает, что двуядерные, но не многоядерные двухклеточные эмбрионы связаны с более высокой скоростью образования бластоцист и лучшими клиническими исходами по сравнению с одноядерными эмбрионами
той же стадии (Talbot et al., 2022). В целом эти выводы расширяют
ландшафт паттернов первого митоза и его соответствующие последующие воздействия на жизнеспособность эмбриона.
Первое митотическое деление
Первое событие сегрегация хромосом: необычно длинное и подверженное ошибкам
В совсем недавнем исследовании были изучены тонкие детали первого события сегрегации хромосом у человеческого эмбриона, выявив весьма подверженный ошибкам механизм (Currie et al., 2022). Зиготы анализировали с помощью визуализации живых клеток для отслеживания хромосом. Этот подход показал феномены, которые иначе невозможно различить в клинических условиях.
Начиная с разрушения пронуклеусов, хромосомам требовалось более 2 часов, чтобы достичь полного выравнивания в метафазной пластинке и инициировать сегрегацию сестринских хроматид. В дальнейшем интервал от анафазы до начала зарастания борозды(разделения клеток) сохранялся в течение 45 мин. Продолжительность этих периодов была необычно большой, в 5 раз превышающей циклы соматических клеток или более поздних эмбриональных митозов. Поразительно, что у одной трети зигот прохождение через эти фазы характеризовалось конфигурациями, обычно коррелирующими с ошибками сегрегации, включая отставание хромосом, ретроградное движение к полюсам веретена, не расхождение, двойные метафазные пластинки (наводящие на мысль о двойных веретенах и сегрегации в множественных агрегаты в анафазе). Отслеживание динамики хромосом после первого дробления также выявило расхождение отстающих хромосом в микроядрах. Примечательно, что у двухклеточных эмбрионов человека микроядра очень распространены и связаны с целыми хромосомами и сегментарными анеуплоидиями.
Аберрантное первое расщепление: причины и последствия
В норме зигота расщепляется, образуя два эквивалентных дочерних бластомера. Time-Laps технология (культивирование с видиофиксацией) выявила альтернативные паттерны расщепления. На самом деле, первое дробление может дать сразу три или, реже, четыре-пять клеток. Прямое деление на три клетки или интервалы клеточного цикла менее 5 ч (обе группы вместе классифицируются как прямое неравное дробление, DUC) относительно часто встречаются в первом и втором циклах клеточного деления (11,3% и 9,7% соответственно), но гораздо реже на третьем цикле деления (1,2%) (Zhan et al., 2016). При наблюдении таких паттернов следует соблюдать осторожность, чтобы различать клетки и более мелкие безъядерные фрагменты (Zhan et al., 2016). Трихотомическое дробление (на 3 клетки) наблюдается также в соматических клетках и, как ожидается, неравномерно распределяет хромосомы в трех дочерних клетках, тем самым создавая хаотический мозаицизм. Поскольку пространственная ориентация плоскости расщепления ортогональна (перпендикулярна в плоскости) оси главного веретена, считается, что образование триполярных веретен запускает трихотомическое расщепление. Исследования преимплантационного генетического тестирования на анеуплоидию дали первоначальный ключ к пониманию того, что определенные сложные формы хаотической эмбриональной анеуплоидии (одна или несколько дисомий, отцовская и материнская моносомия и нуллисомия (геномная мутация, заключающаяся в отсутствии в клетках организма какой-либо пары хромосом, в норме присущей данному виду) в нетрисомных или однородительских дисомных образцах) могут быть смоделированы в соответствии с исходным событием сегрегации, направленным триполярным веретеном (Ottolini et al., 2017; McCoy et al., 2018; McCollin et al., 2020).
Прямое неравное дробление на стадии зиготы имеет разрушительные последствия для развития. Первоначальное исследование этого феномена, обнаруженного с помощью Time-Laps, показало двукратное снижение показателя хорошего качества эмбрионов на 3-й день и почти 8-кратное снижение количества бластоцист. Уровень эуплоидии нескольких бластоцист, развившихся из зигот с прямым неравным дроблением, был сравним с таковым у контролей без прямого неравного дробления (50%). Однако после переноса эмбрионов на 3-й день с прямым неравным дроблением в анамнезе не было имплантации (Zhan et al., 2016). Поэтому, хотя прямое неравное дробление серьезно влияет на сегрегацию хромосом при первом дроблении и последующих клеточных делениях, немногие эмбрионы могут развиться в хромосомно нормальные бластоцисты. Это предполагает наличие механизма «самокоррекции», который может устранить хромосомно аномальные клетки из остальной части эмбриона. Эта гипотеза остается недоказанной. Однако интригует тот факт, что клетки, исключенные из процесса уплотнения и не участвующие в формировании бластоцисты, в большинстве случаев более подвержены хромосомным аномалиям по сравнению с клетками-компаньонами трофэктодермы (Lagalla et al., 2017; Daughtry et al. ., 2019). Таким образом, в конечном счете, зиготы с прямым неравным дроблением имеют остаточные возможности формирования эуплоидных бластоцист, но они, по-видимому, имеют очень небольшую способность к имплантации, если вообще имеют ее.
Гены материнского эффекта
Во время развития фолликула рост ооцита сопровождается накоплением материнских мРНК и белков, которые необходимы во время созревания ооцита и, прежде всего, раннего развития эмбриона, до активации эмбрионального генома. Гены, которые кодируют такие продукты, называются генами материнского эффекта (MEG). Начиная с 1980-х годов, гены материнского эффекта были описаны у модельных организмов, особенно у дрозофилы. Более поздние находки показывают, что гены материнского эффекта также имеют решающее значение для развития млекопитающих.
В исследовании, опубликованном в 2016 году, было получено одно из первых реальных доказательств наличия генов материнского эффекта у человека (Feng et al., 2016b).
TUBB8, специфичный для приматов изотип b-тубулина, экспрессирующийся исключительно в ооцитах и эмбрионах
Для мониторинга гена TUBB8 была секвенирована ДНК женщин, подвергшихся ЭКО, у которых произошла остановка созревания ооцитов или аберрантное оплодотворение и первое расщепление. Наблюдение нескольких гетерозиготных или гомозиготных миссенс-мутаций позволило предположить, что рассматриваемый ген был вовлечен в наблюдаемые фенотипы. Кроме того, авторы предсказали, что обнаруженные мутации будут влиять на фолдинг (процесс спонтанного сворачивания полипептидной цепи в уникальную нативную пространственную структуру) и/или сборку гетеродимеров a/b-tubulin, необходимые для образования мейотического веретена. Они продемонстрировали эту гипотезу в экспериментах, в которых мутированные кРНК TUBB8 вводили в полностью выращенные незрелые ооциты мыши и человека. После созревания ооцитов in vitro это лечение вызывало изменения в сборке гетеродимера a/b-tubulin и аномалии нижестоящего веретена, совместимые с фенотипами, о которых сообщалось у пораженных пациентов (Feng et al., 2016a). После этих первоначальных данных в нескольких других исследованиях были выявлены новые мутации TUBB8 (унаследованные или de novo сдвиги рамки считывания или делеция всего гена), связанные с предсказанными фенотипами, такими как созревание ооцитов и нарушение оплодотворения, аберрантное оплодотворение и нарушение или разрушение дробления (Chen et al. , 2017; Юань и др., 2018; Ша и др., 2021). Другие миссенс-мутации были обнаружены у женщин с крайне аномальным фенотипом оплодотворения в анамнезе, формированием множественных пронуклеусов (Sha et al., 2021). Поиск вариантов TUBB8 был непрерывным, что в целом привело к открытию примерно тридцати унаследованных мутаций или мутаций de novo (Zheng et al., 2021).
В том же году, когда был опубликован первый отчет TUBB8, различные направления исследований указывали на
Transducin Like Enhancer Of Split 6 (TLE6)
как на фактор, кодируемый генами материнского эффекта и участвующий в случаях остановки развития на самых ранних стадиях у человеческих эмбрионов. Этот белок является основным компонентом подкоркового материнского комплекса (SCMC), уникального набора белков, экспрессируемых генами материнского эффекта в ооцитах млекопитающих и ранних эмбрионах. Разнообразные функции подкоркового материнского комплекса являются ключевыми для развития зигот, включая позиционирование веретена и органелл и эпигенетическое перепрограммирование (Bebbere et al., 2021). В первых зарегистрированных случаях TLE6 у женщин, лечившихся от бесплодия, были мутации, связанные с несколькими дисфункциями, присущими этому белку или вызванными им:
- отсутствием фосфорилирования (крайне важным для нормального оплодотворения),
- неспособностью связываться с подкорковым материнским комплексом
- нарушением расщепления зиготы.
- остановки зиготы и раннего эмбриона у человека
Появляются и другие предполагаемые гены материнского эффекта человека.
Киназа 4 (PLK4)
является ключевым регулятором образования новых центриолей. На субклеточном уровне аномальная функция PLK4 вызывает
- изменения в сборке центриолей
- образование экстрацентриолей и триполярных веретен
- нарушенное расщепление на ранних стадиях после оплодотворения. появление сверхштатных или дефектных центриолей или центросомы в зиготе,
в конечном итоге вызывая разрушительные эффекты развития: образование триполярных веретен,
- нарушение регуляции сегрегации хромосом,
- хаотический мозаицизм трихотомического дробления
- остановку эмбриона.
Другим кандидатом генов материнского эффекта человека является
ген 4 транслокации В-клеток (BTG4).
Его продукт способствует взаимодействию между субъединицей 7 транскрипционного комплекса CCR4-NOT (CNOT7) и эукариотическим фактором инициации трансляции 4E (EIF4E). Такая я активность способствует деградации материнских мРНК, чтобы облегчить транскрипционный переход от матери к зиготе.
Нулевые мутации мышиного Btg4 вызывают
остановку расщепления зиготы из-за накопления материнских транскриптов (Yu et al., 2016). Исследования ДНК у женщин, перенесших ЭКО и имеющих остановку деления зиготы, предполагают аналогичную роль BTG4 у человека.
У зигот гомозиготные мутации BGT4 могут вызывать полную потерю синтеза полноразмерного BTG4 или отсутствие взаимодействия с CNOT7. Это может привести к нарушению материнско-зиготического перехода и, в конечном счете, к задержке дробления.
Выводы
ВРТ и прогресс в визуализации живых клеток и технологии ДНК стимулировали широкий спектр исследований, посвященных оплодотворению человека. Мы узнали, что этап между гаметической и эмбриональной жизнью труден.
- Изменение клеточной организации и приобретение симметричного дизайна могут потерпеть неудачу;
- Синтез ДНК необычно задерживается, в результате чего некоторые участки не реплицируются;
- захват двух хромосомных наборов, разбросанных на большом пространстве, и сборка их в едином сегрегационном механизме затруднена;
- первое событие сегрегации хромосом очень подвержено ошибкам;
- и мутации в генах материнского эффекта могут влиять на цитоскелет зиготы и корректировать развертывание материнско-зиготического перехода.
Все эти факторы, по отдельности или в сочетании, могут привести к фатальным последствиям:
- аберрациям
- остановкам дробления
- потере целостности генома
- серьезным нарушениям экспрессии эмбрионального генома.
В совокупности эта феноменология помогает объяснить ограниченную приспособленность к развитию преимплантационного эмбриона человека, раскрывая при этом новые механизмы развития. Наблюдаемые модели развития и генетические признаки также открывают новые возможности для прогнозирования жизнеспособности эмбрионов на стадии зиготы и разработки персонализированных геномных подходов в репродуктивной медицине.
