Гены, участвующие в повторной остановке созревания яйцеклеток: что мы знаем?
Экстракорпоральное оплодотворение и ИКСИ служат окном в гаметогенез человека, оплодотворение и раннее развитие эмбриона. Через это окно можно наблюдать и диагностировать причины развития бесплодия, которые ранее были лишь смутно поняты, невообразимы или крайне редки. Один из примеров – повторная остановка созревания яйцеклеток. У таких пациентов полученные ооциты остаются на незрелых стадиях мейоза, и ни один не прогрессирует в развитии, либо лишь несколько; таким образом, оплодотворение невозможно. Нормальное созревание включает в себя развитие яйцеклетки от стадии зародышевого пузырька (GV) к метафазе I (MI) и в конечном счете к яйцеклетке метафазы II (MII). Созревание яйцеклетки зависит от ее приобретения мейотической компетентности, включающей необходимые транскрипты и белки до возобновления мейоза. Ключевые клеточные сигнальные пути тесно взаимосвязаны и эволюционно консервативны. Прохождение заключительных стадий мейоза, от овуляции до оплодотворения, зависит от точного контроля ключевых регуляторных белков. Изменения в сложной продукции, фосфорилировании, локализации или деградации белков могут привести к нарушению регуляции мейотических стадий и нарушению созревания ооцитов.
В то время как незрелые ооциты обычно встречаются во время вспомогательной репродукции, рецидивирующая недостаточность созревания ооцитов (ROMA) – явление редкое. Beall с соавторами (1) проанализировал клинические особенности синдрома и сообщил о 19 пациентах, которые оказались стерильными из-за повторяющейся продукции незрелых ооцитов. В этом обзоре созревание ооцитов было классифицировано как остановка типа 1 (когда GV не разрушается), остановка типа 2 (когда хромосомы не конденсируются), остановка типа 3 (когда экструзия полярного тела происходит, но ооцит неспособен к оплодотворению) или остановка типа 4 с ооцитами на нескольких незрелых стадиях созревания. У пациентов с ROMA более 90% полученных ооцитов находятся на стадиях GV или MI и не прогрессируют даже после длительного культивирования. Важно отличать «истинный ROMA», когда ооциты не проходят всех положенных стадий мейоза (без образования полярного тела), несмотря на воздействие хорионического гонадотропина человека, от «ложного ROMA», вызванного аномальным/недостаточным воздействием лютеинизирующего гормона перед пункцией. В последнее десятилетие благодаря применению методов секвенирования генов у таких пациентов мы теперь лучше понимаем некоторые причины этого редкого заболевания.
Важным компонентом, необходимым для правильного созревания ооцитов, является zona pellucida (ZP), которая представляет собой внеклеточный матрикс (ECM), который окружает ооциты и обеспечивает их механическую поддержку. Исследования докторов Wasserman, Dean, Rankin, Shea, и Woodruff продемонстрировали важность жесткости ZP и ECM для развития ооцитов и фолликулогенеза. Например, различные мутации в белках, составляющих ZP (ZP1, ZP2, ZP3 и ZP4), могут приводить к женскому бесплодию по разным механизмам. Некоторые мутации белков ZP могут привести к синдрому пустых фолликулов, дегенерированным ооцитам, хрупким ооцитам или ооцитам без зон и связаны с бесплодием. Ооциты могут иметь деформированный вид с увеличенной зоной или зигзагообразным краем ZP, который выглядит как плотное внутреннее пространство с волокнистым контуром. Несколько исследователей сообщили об аномальной морфологии ZP в ооцитах. Примечательно, что недавний доклад Okutman с соавт. (2) сообщил о гомозиготной мутации сайта сращивания (c.1775-3C>A) в гене ZP1, связанной с остановкой созревания ооцитов в рамках одной семьи.
Как и следовало ожидать, генетические вариации человеческого генома, которые вызывают критическую дисрегуляцию мейотического процесса, могут вызывать бесплодие, включая такие гены, как SYCP3, взаимодействующий с рецептором гормона щитовидной железы 13 (TRIP13), MCM8, STAG3, PATL2, TUBB8, AURKC и WEE2. Например, Sang с соавт. (3) сообщили о четырех случаях неудачи оплодотворения либо с гомозиготными миссенс-мутациями с потерей функции, либо с гомозиготными мутациями усечения белка в результате сдвига фрейма в WEE2, которые могут быть классифицированы как остановка MII типа 3. Исследования на мышах показали, что при снижении уровня WEE2 ооциты имеют высокий уровень активности фактора, способствующего созреванию, что приводит к сбою выхода MII. Исследователи обнаружили, что у самок, несущих эти мутации, в ооцитах был снижен уровень белка WEE2 и, следовательно, более высокий уровень фактора, способствующего созреванию в ооцитах, что вызвало остановку созревания и последующую неудачу оплодотворения. Еще одним важным требованием для мейоза является правильная сборка и функционирование веретена деления. Zhang с соавт. (4) сообщили о трех семьях с задержкой созревания яйцеклеток. Исследователи обнаружили мутации в гене TRIP13, кодирующем AAA-АТФазу, ключевой компонент контрольной точки сборки веретена. Интересно, что они отметили фенотипическую изменчивость среди пострадавших лиц с биаллельными миссенс-патогенными вариантами TRIP13 (4). В трех семьях наблюдалась остановка развития ооцитов МI, в то время как в четвертой семье были морфологически нормальные ооциты с остановкой в развитии на стадии деления зиготы.
Мутации в PATL2 и TUBB8 могут составлять до 30% случаев остановки созревания, но в большинстве случаев этиология остается неизвестной. Ген PATL2 кодирует белок PAT1 гомолог 2, РНК-связывающий белок, который может действовать в качестве трансляционного репрессора при остановке созревания ооцитов. В одном исследовании мутации PATL2 были зарегистрированы у четырех из девяти (44,4%) неродственных женщин с первичным бесплодием, у которых была остановка созревания ооцитов на стадии GV.
Рукопись Li с соавт. (5) представляет интерес, поскольку исследователи обнаружили, что аномальная экспрессия PIWI-взаимодействующих РНК (piRNAs) влияет на гены ECM-взаимодействующих путей и может вызвать остановку созревания во время оогенеза. пиРНК взаимодействует с некоторыми белками PIWI (piwi, Aubergine, and Argonaute), вызывая посттрансляционное подавление транспонируемого элемента для сканирования генома зародышевой линии на наличие чужеродных последовательностей. пиРНК участвует в некоторых путях, связанных с оогенезом; в частности, некоторые пораженные гены в ооцитах ROMA включают ECM. Исследование, проведенное Li с соавт. (5) идентифицировали 211 по-разному экспрессированных пиРНК между ROMA и нормальными ооцитами; однако только четыре пиРНК были нацелены на гены взаимодействия ECM-рецепторов (COL4A1, COL1A1 и COL4A2), которые были снижены. Из этих четырех пиРНК три были обнаружены с пониженной регуляцией (piR-hsa-18847, piR-hsa-22898 и piR-hsa-26825), в то время как только одна была повышена в ооците ROMA (piR-hsa-17139), подавляя мишень посредством глушения генов. Важно отметить, что профиль пиРНК не изменился в ооцитах, развивающихся от стадии GV до стадии MI, в то время как он увеличился в ооцитах, развивающихся от стадии MI до стадии MII и от стадии GV до стадии MII. Это объясняется тем фактом, что стадия MI является лишь промежуточной и что кумулюсные клетки, обнаруженные в ZP, могут быть поражены и легче денудированы на стадии MII.
Хотя ROMA является редкой причиной бесплодия у женщин, генетические исследования этого состояния важны, поскольку они проливают свет на критические процессы, связанные с репродукцией, особенно те, которые наиболее уязвимы. Понимание того, как гены вызывают это состояние, может дать представление о более распространенных заболеваниях, связанных с бесплодием, с участием тех же генов. Более четкое понимание требований к созреванию яйцеклеток может улучшить существующие протоколы стимуляции яичников или привести к разработке новых подходов к стимулированию созревания яйцеклеток, которые могут представлять новые возможности для пострадавших женщин. Например, Sang с соавт. (3) показали, что ооциты с остановкой в развитии могут быть успешно оплодотворены, и нормальные бластоцисты образуются путем введения cRNA в ооциты для коррекции мейотического дефекта. В нашу геномную эпоху крайне важно, чтобы исследования изучали геном человека, чтобы выявить причины бесплодия, что, возможно, в конечном итоге приведет к новым терапевтическим решениям в будущем.
Литература
- Segars J. Oocyte maturation failure: a syndrome of bad eggs. Fertil Steril. 2010; 94: 2507-2513
- Okutman Ö. Demirel C. Tülek F. Pfister V. Büyük U. Muller J. et al.Homozygous splice site mutation in ZP1 causes familial oocyte maturation defect. Genes. 2020; 11: 382
- Sang Q. Li B. Kuang Y. Wang X. Zhang Z. Chen B. et al.Homozygous mutations in WEE2 cause fertilization failure and female infertility. Am J Hum Genet. 2018; 102: 649-657
- Zhang Z. Li B. Fu J. Li R. Diao F. Li C. et al.Bi-allelic missense pathogenic variants in TRIP13 cause female infertility characterized by oocyte maturation arrest. Am J Hum Genet. 2020; 107: 15-23
- Li Y. Liang Z. Liang Z. Yang X. Xia H. Yu H. Abnormal PIWI-interacting RNA profile and its association with deformed extracellular matrix of oocytes from recurrent oocyte maturation arrest patients. Fertil Steril. 2021; 115: 1318-1326
Оригинал статьи
