Митохондриальная ДНК как маркер качества гамет и эмбрионов в программах вспомогательных репродуктивных технологий
Митохондрии – единственные органеллы в клетке, имеющие собственную ДНК. Показано, что уровень митохондриальной ДНК (мтДНК) может значительно различаться среди разных типов клеток, зависеть от потребности клетки в энергии соответственно изменяющимся условиям среды. Исследователи рассматривают уровень мтДНК как возможный маркер потенциала гамет к оплодотворению, развитию эмбриона и его имплантации.Лисицына О.И., Долгушина Н.В., Макарова Н.П., Бурменская О.В.
В обзоре приведены и проанализированы работы отечественной и зарубежной литературы, изучающие уровень мтДНК в гаметах, клетках кумулюса и эмбрионов, а также в отработанной (собранной после культивирования в ней эмбриона) культуральной среде в зависимости от исходов программ вспомогательных репродуктивных технологий. Отдельно представлена сводная таблица по исследованиям мтДНК в отработанной культуральной среде.
C одной стороны, согласно литературе, можно отметить тенденцию, определяющую повышенный потенциал к развитию, имплантации и наступлению клинической беременности для эмбрионов, полученных из ооцитов с повышенным содержанием мтДНК, бластоцист с пониженным содержанием мтДНК в клетках трофэктодермы и внутренней клеточной массы и повышенным содержанием мтДНК в отработанной культуральной среде. С другой стороны, в литературе остается значительное количество разногласий относительно эффективности определения мтДНК в качестве дополнительного способа оценки качества гамет и эмбрионов.
Заключение: Вопрос возможности рекомендации широкого применения оценки мтДНК тем или иным способом остается нерешенным. Для ответа на него требуется проведение дополнительных крупных хорошо спланированных исследований.
Вклад авторов: Долгушина Н.В., Лисицына О.И., Макарова Н.П. – концепция и дизайн исследования; Лисицына О.И. – написание и редактирование текста; Долгушина Н.В., Макарова Н.П., Бурменская О.В. – редактирование текста и утверждение публикации.
Конфликт интересов: Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Финансирование: Работа проведена в рамках государственного задания по науке «Решение проблемы бесплодия в современных условиях путем разработки клинико-диагностической модели бесплодного брака и использования инновационных технологий в программах вспомогательной репродукции», № 121040600410-7.
Для цитирования: Лисицына О.И., Долгушина Н.В., Макарова Н.П., Бурменская О.В. Митохондриальная ДНК как маркер качества гамет и эмбрионов в программах вспомогательных репродуктивных технологий.
Акушерство и гинекология. 2023; 7: 20-26
https://dx.doi.org/10.18565/aig.2023.94
Ключевые слова
внеклеточная ДНК
митохондрия
митохондриальная ДНК
отработанная культуральная среда
вспомогательные репродуктивные технологии (ВРТ)
морфология эмбрионов
качество эмбрионов
качество ооцитов
экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО)
Список литературы
- Sayed G.A., Al-Sawaf H.A., Al-Sawaf A.H., Saeid M., Maged A., Ibrahim I.H. Mitochondrial DNA in Fresh versus frozen embryo culture media of polycystic ovarian syndrome patients undergoing invitro fertilization: a possible predictive marker of a successful pregnancy. Pharmgenomics Pers. Med. 2021; 14: 27-38. https://dx.doi.org/10.2147/PGPM.S284064.
- Lledo B., Ortiz J.A., Morales R., García-Hernández E., Ten J., Bernabeu A. et al. Comprehensive mitochondrial DNA analysis and IVF outcome. Hum. Reprod. Open. 2018; 2018(4): hoy023. https://dx.doi.org/10.1093/hropen/hoy023.
- Fragouli E., Spath K., Alfarawati S., Kaper F., Craig A., Michel C.E. et al. Altered levels of mitochondrial DNA are associated with female age, aneuploidy, and provide an independent measure of embryonic implantation potential. PLoS Genet. 2015; 11(6): e1005241. https://dx.doi.org/10.1371/journal.pgen.1005241.
- Shi W.H., Ye M.J., Qin N.X., Zhou Z.Y., Zhou X.Y., Xu N.X. et al. Associations of sperm mtDNA copy number, DNA fragmentation index, and reactive oxygen species with clinical outcomes in ART treatments. Front. Endocrinol. (Lausanne). 2022; 13: 849534. https://dx.doi.org/10.3389/fendo.2022.849534.
- Kumar N. Sperm mitochondria, the driving force behind human spermatozoa activities: its functions and dysfunctions - a narrative review. Curr. Mol. Med. 2023; 23(4): 332-40. https://dx.doi.org/10.2174/1566524022666220408104047.
- Amor H., Hammadeh M.E. A systematic review of the impact of mitochondrial variations on male infertility. Genes (Basel). 2022; 13(7): 1182.https://dx.doi.org/10.3390/genes13071182.
- Durairajanayagam D., Singh D., Agarwal A., Henkel R. Causes and consequences of sperm mitochondrial dysfunction. Andrologia. 2021; 53(1): e13666.https://dx.doi.org/10.1111/and.13666.
- Wu H., Whitcomb B.W., Huffman A., Brandon N., Labrie S., Tougias E. et al. Associations of sperm mitochondrial DNA copy number and deletion rate with fertilization and embryo development in a clinical setting. Hum. Reprod. 2019; 34(1): 163-70. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/dey330.
- Rosati A.J., Whitcomb B.W., Brandon N., Buck Louis G.M., Mumford S.L., Schisterman E.F. et al. Sperm mitochondrial DNA biomarkers and couple fecundity. Hum. Reprod. 2020; 35(11): 2619-25. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/deaa191.
- Tiegs A.W., Tao X., Landis J., Zhan Y., Franasiak J.M., Seli E. et al. Sperm mitochondrial DNA copy number is not a predictor of intracytoplasmic sperm injection (ICSI) cycle outcomes. Reprod. Sci. 2020; 27(6): 1350-6.https://dx.doi.org/10.1007/s43032-020-00163-0.
- Сыркашева А.Г., Красный А.М., Майорова Т.Д., Макарова Н.П., Долгушина Н.В. Изучение числа копий митохондриальной ДНК в ооцитах человека с различными морфологическими аномалиями. Молекулярная медицина. 2016; 5: 37-41.
- Ogino M., Tsubamoto H., Sakata K., Oohama N., Hayakawa H., Kojima T. et al. Mitochondrial DNA copy number in cumulus cells is a strong predictor of obtaining good-quality embryos after IVF. J. Assist. Reprod. Genet. 2016; 33(3): 367-71. https://dx.doi.org/10.1007/s10815-015-0621-0.
- Lan Y., Zhang S., Gong F., Lu C., Lin G., Hu L. The mitochondrial DNA copy number of cumulus granulosa cells may be related to the maturity of oocyte cytoplasm. Hum. Reprod. 2020; 35(5): 1120-9. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/deaa085.
- Anderson S.H., Glassner M.J., Melnikov A., Friedman G., Orynbayeva Z. Respirometric reserve capacity of cumulus cell mitochondria correlates with oocyte maturity. J. Assist. Reprod. Genet. 2018; 35(10): 1821-30.https://dx.doi.org/10.1007/s10815-018-1271-9.
- Королькова А.И., Мишиева Н.Г., Мартазанова Б.А., Бурменская О.В., Веюкова М.А., Екимов А.Н., Трофимов Д.Ю., Абубакиров А.Н. Значимость копийности митохондриальной ДНК в клетках кумулюса пациенток позднего репродуктивного возраста. Акушерство и гинекология. 2019; 10: 108-14.
- Desquiret-Dumas V., Clément A., Seegers V., Boucret L., Ferré-L'Hotellier V., Bouet P.E. et al. The mitochondrial DNA content of cumulus granulosa cells is linked to embryo quality. Hum. Reprod. 2017; 32(3): 607-14.https://dx.doi.org/10.1093/humrep/dew341.
- Fragouli E., McCaffrey C., Ravichandran K., Spath K., Grifo J.A., Munné S. et al. Clinical implications of mitochondrial DNA quantification on pregnancy outcomes: a blinded prospective non-selection study. Hum. Reprod. 2017; 32(11): 2340-7. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/dex292.
- Diez-Juan A., Rubio C., Marin C., Martinez S., Al-Asmar N., Riboldi M. et al. Mitochondrial DNA content as a viability score in human euploid embryos: less is better. Fertil. Steril. 2015; 104(3): 534-41.e1. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2015.05.022.
- Королькова А.И., Мишиева Н.Г., Мартазанова Б.А., Бурменская О.В., Екимов А.Н., Трофимов Д.Ю., Веюкова М.А., Кириллова А.О., Абубакиров А.Н. Повышение эффективности программ ЭКО на основании определения копийности митохондриальной ДНК в трофэктодерме эмбрионов. Акушерство и гинекология. 2019; 3: 98-104.
- Treff N.R., Zhan Y., Tao X., Olcha M., Han M., Rajchel J. et al. Levels of trophectoderm mitochondrial DNA do not predict the reproductive potential of sibling embryos. Hum. Reprod. 2017; 32(4): 954-62. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/dex034.
- Victor A.R., Brake A.J., Tyndall J.C., Griffin D.K., Zouves C.G., Barnes F.L. et al. Accurate quantitation of mitochondrial DNA reveals uniform levels in human blastocysts irrespective of ploidy, age, or implantation potential. Fertil. Steril. 2017; 107(1): 34-42.e3. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2016.09.028.
- Klimczak A.M., Pacheco L.E., Lewis K.E., Massahi N., Richards J.P., Kearns W.G. et al. Embryonal mitochondrial DNA: relationship to embryo quality and transfer outcomes. J. Assist. Reprod. Genet. 2018; 35(5): 871-7. https://dx.doi.org/10.1007/s10815-018-1147-z.
- Непша О.С., Кулакова Е.В., Екимов А.Н., Драпкина Ю.С., Макарова Н.П., Краевая Е.Е., Калинина Е.А. Использование митохондриальной ДНК эмбрионов в качестве предиктора эффективности программ вспомогательных репродуктивных технологий. Акушерство и гинекология. 2021; 11: 125-34.
- Hammond E., Shelling A., Cree L. Nuclear and mitochondrial DNA in blastocoele fluid and embryo culture medium: evidence and potential clinical use. Hum. Reprod. 2016; 31(8): 1653-61. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/dew132.
- Zhang X., Sun Y., Dong X., Zhou J., Sun F., Han T. et al. Mitochondrial DNA and genomic DNA ratio in embryo culture medium is not a reliable predictor for in vitro fertilization outcome. Sci. Rep. 2019; 9: 5378. https://dx.doi.org/10.1038/s41598-019-41801-1.
- Hammond E., McGillivray B., Wicker S., Peek J.C., Shelling A.N., Stone P. et al. Characterizing nuclear and mitochondrial DNA in spent embryo culture media: genetic contamination identified. Fertil. Steril. 2017; 107(1): 220-8.e5.https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2016.10.015.
- Kobayashi M., Kobayashi J., Shirasuna K., Iwata H. Abundance of cell-free mitochondrial DNA in spent culture medium associated with morphokinetics and blastocyst collapse of expanded blastocysts. Reprod. Med. Biol. 2020; 19(4): 404-14. https://dx.doi.org/10.1002/rmb2.12344.
- Stigliani S., Anserini P., Venturini P., Scaruffi P. Mitochondrial DNA content in embryo culture medium is significantly associated with human embryo fragmentation. Hum. Reprod. 2013; 28(10): 2652-60. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/det314.
- Stigliani S., Persico L., Lagazio C., Anserini P., Venturini P., Scaruffi P. Mitochondrial DNA in Day 3 embryo culture medium is a novel, non-invasive biomarker of blastocyst potential and implantation outcome. Mol. Hum. Reprod. 2014; 20(12): 1238-46. https://dx.doi.org/10.1093/molehr/gau086.
- Stigliani S., Orlando G., Massarotti C., Casciano I., Bovis F., Anserini P. et al. Non-invasive mitochondrial DNA quantification on Day 3 predicts blastocyst development: a prospective, blinded, multi-centric study. Mol. Hum. Reprod. 2019; 25(9): 527-37. https://dx.doi.org/10.1093/molehr/gaz032.
- Макарова Н.П., Лисицына О.И., Непша О.С., Красный А.М., Садекова А.А., Незлина А.Л., Долгушина Н.В., Зингеренко Б.В., Калинина Е.А. Особенности профиля экспрессии митохондриальной ДНК в среде культивирования эмбрионов в программах вспомогательных репродуктивных технологий. Акушерство и гинекология. 2022; 3: 89-96.
- Hashimoto S., Morimoto N., Yamanaka M., Matsumoto H., Yamochi T., Goto H. et al. Quantitative and qualitative changes of mitochondria in human preimplantation embryos. J. Assist. Reprod. Genet. 2017; 34(5): 573-80.https://dx.doi.org/10.1007/s10815-017-0886-6.
- Lee Y.X., Chen C.H., Lin S.Y., Lin Y.H., Tzeng C.R. Adjusted mitochondrial DNA quantification in human embryos may not be applicable as a biomarker of implantation potential. J. Assist. Reprod. Genet. 2019; 36(9): 1855-65.https://dx.doi.org/10.1007/s10815-019-01542-6.
- Sfakianoudis K., Maziotis E., Karantzali E., Kokkini G., Grigoriadis S., Pantou A. et al. Molecular drivers of developmental arrest in the human preimplantation embryo: a systematic review and critical analysis leading to mapping future research. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22(15): 8353. https://dx.doi.org/10.3390/ijms22158353.
Поступила 07.04.2023
Принята в печать 03.07.2023
Об авторах / Для корреспонденции
Лисицына Ольга Игоревна, аспирант, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова Минздрава России, o_yazykova@inbox.ru, https://orcid.org/0000-0002-7775-3508, 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.Долгушина Наталия Витальевна, д.м.н., профессор, заместитель директора по научной работе, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова Минздрава России, n_dolgushina@oparina4.ru, https://orcid.org/0000-0003-1116-138X,
117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Макарова Наталья Петровна, д.б.н., в.н.с. отделения вспомогательных технологий в лечении бесплодия, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова Минздрава России, np_makarova@oparina4.ru, https://orcid.org/0000-0003-1396-7272,
117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Бурменская Ольга Владимировна, д.б.н., заведующая лабораторией онкологической генетики, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова Минздрава России, o_bourmenskaya@oparina4.ru, https://orcid.org/0000-0003-2842-3980,
117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Также по теме
