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.
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

Роль митохондрий в клетке

Качество гамет и эмбрионов является ключевым фактором успеха программ вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ). Основные методы оценки качества эмбриона в настоящее время представлены ранжированием по морфологии и результатам преимплантационного генетического тестирования. Тем не менее перенос эуплоидных эмбрионов хорошего и отличного качества по морфологии не гарантирует успешной имплантации и пролонгирования беременности. Поэтому исследователи активно разрабатывают возможные дополнительные методы изучения репродуктивного потенциала гамет и эмбрионов. Одним из важных факторов, влияющих на исход, авторы представляют адекватный энергетический метаболизм сперматозоидов, ооцит-кумулюсных комплексов (ОКК) и эмбрионов.

Митохондрии – единственные органеллы, имеющие собственную ДНК. Митохондриальная ДНК (мтДНК) представляет собой кольцевую двухцепочечную молекулу, кодирующую 13 субъединиц комплекса дыхательной цепи, участвующих в энергетическом метаболизме путем производства АТФ в клетке [1]. МтДНК содержит 37 генов. Кроме непосредственно участия в энергетическом метаболизме, митохондрия играет важную роль в поддержании кальциевого гомеостаза в клетке, участвует в процессах окисления жирных кислот и апоптозе. Митохондрии являются высокодинамичными органеллами, способными отвечать слиянием или делением, в зависимости от потребностей клетки в энергии [2]. Также и уровень мтДНК может

значительно различаться среди разных типов клеток, зависеть от потребности в энергии каждой клетки в изменяющихся условиях. Так, минимальный уровень мтДНК отмечен для сперматозоидов (несколько копий), а максимальные показатели – до сотен тысяч копий – зафиксированы для зрелых ооцитов [2, 3].

Уровень копийности мтДНК рассматривают как потенциальный биомаркер потенциала гамет к оплодотворению, развитию эмбриона и его имплантации.

мтДНК в сперматозоидах

Кроме выработки энергии, митохондрии участвуют в продукции активных форм кислорода (АФК). Предполагается, что оксидативный стресс, вызванный избытком АФК, может приводить к нарушению деметилирования в отцовском пронуклеусе и отрицательно влиять на развитие эмбриона [4]. В значительном количестве работ представлена связь между наличием мутаций и делеций (в том числе 4977 bp, 7345 bp, 7436 bp и 7599 bp) мтДНК и развитием астенозооспермии [5, 6]. Рядом исследователей показано, что повышение уровня мтДНК в сперматозоидах ассоциировано со снижением подвижности сперматозоидов, более низкой частотой фертилизации и снижением вероятности наступления беременности среди пар, не использующих контрацепцию [7–9].

В исследовании, включавшем 401 участника, повышение копийности мтДНК сперматозоидов было ассоциировано со снижением качества спермы [4]. Кроме того, 79 супружеских пар прошли лечение методами ВРТ с переносом эмбриона. Авторы не обнаружили зависимости между уровнем копийности мтДНК сперматозоидов и частотой клинической беременности или частотой живорождения.

Tiegs A.W. et al. в проспективном исследовании, включавшем 2062 уникальных образца спермы, также не обнаружили связи между уровнем мтДНК в сперматозоидах и частотой оплодотворения, хромосомным набором (эуплоидный/анеуплоидный) бластоцисты и частотой живорождения [10].

мтДНК в ооцит-кумулюсных комплексах

Взаимосвязь между уровнем мтДНК в ОКК и качеством ооцитов и эмбрионов изучается в ряде исследований [11–16].

Отечественные авторы оценили содержание мтДНК в 343 ооцитах, не оплодотворившихся в программах ВРТ. Ооциты разделили на 3 группы: 1-я – ооциты с цитоплазматическими дисморфизмами (n=126), 2-я – с экстрацитоплазматическими дисморфизмами (n=108), 3-ю группу составили ооциты без дисморфизмов (n=109...

Лисицына О.И., Долгушина Н.В., Макарова Н.П., Бурменская О.В.