С 13 по 16 ноября 2022, в Израиле, прошла конференция, посвященная изучению роли митохондрий в различных патологических состояниях человека. Там, в частности, было представлено совместное исследование генетической лаборатории Medical Genomics, клиники Фомина, Центра митохондриальной функциональной геномики и Сколковского института науки и технологий. Что такое митохондрии и зачем их изучают?
“Если проводить простую аналогию для широкой публики, митохондрии в клетках — это такие заводы, производящие энергию. В митохондриях есть своя «инструкция», как эту энергию производить. Она регулярно переписывается при делении клетки. И в «слова» этой «инструкции» закрадываются ошибки. Тогда возникают дефекты, и митохондрии не могут производить энергию для клеток так, как нужно. Также важно отметить, чтобы количество таких «инструкций» соответствовало потребностям клетки” - комментирует заведующий генетической лабораторией Medical Genomics Илья Мазунин, который также является и организатором данного исследования.
Далее давайте определим некоторые понятия для понимания дальнейшего текста. «Инструкции», о которой шла речь выше - это ДНК внутри митохондрий, или митохондриальная ДНК. «Слова» в «инструкции» - это нуклеотиды, из которых состоят молекулы ДНК. «Ошибки» в таких «словах» - это мутации ДНК. Количество «инструкций» - это количество копий митохондриальной ДНК. Эуплоидные эмбрионы - это те эмбрионы, которые имеют правильное количество ДНК (ядерной ДНК, то есть ДНК, расположенной в ядре клетки, в отличие от митохондриальной ДНК, которая локализуется в митохондриях). Анеуплоидные эмбрионы - это эмбрионы, ядерная ДНК которых не соответствует норме. Эуплоидные эмбрионы рекомендуются к подсадке, тогда как анеуплоидные - нет. Биоптат трофэктодермы - это несколько клеток, изъятых из эмбриона на определенной стадиии развития (как правило стадии бластоцисты) для генетического анализа в лаборатории.Если аккуратно измерить количество копий митохондриальной ДНК в клетках биоптата трофэктодермы рекомендованных и не рекомендованных к подсадке эмбрионов, мы увидим в среднем 10-ти процентное повышения количества копий митохондриальной ДНК в биоптатах не рекомендованных эмбрионов. В целом, это конечно, как средняя температура по больнице. Что сказать, когортное исследование. Но! Если мы проанализируем множество эмбрионов от одной женщины, у которой есть как минимум один рекомендованный и один не рекомендованный эмбрион, то увидим абсолютно то же значение! Внутри ее пула ооцитов, у не рекомендованных эмбрионов количество копий митохондриальной ДНК будет в среднем на 10 процентов выше, чем у рекомендованных.
Общеизвестно, что возраст родителей (особенно возраст матери) является основным и наиболее сильным фактором, связанным с риском развития анеуплоидий. Чтобы проверить, оказывает ли количество копий митохондриальной ДНК независимое влияние на риск анеуплоидий, была использована модель множественной логистической регрессии с анеуплоидией как функцией возраста родителей (возраст матери и отца) и копий митохондриальной ДНК. Было обнаружено, что возрастные мамы и повышенное содержание копий митохондриальной ДНК в значительной степени связаны с риском анеуплоидии. Дополнительные анализы показали, что увеличение копий митохондриальной ДНК, характерное для не рекомендованных эмбрионов, не зависит от: мужского или женского молекулярных кариотипов эмбрионов, типов хромосомной аномалии, дня развития эмбриона и морфологии бластоцист.
Предположим, что изменения в количестве копий митохондриальной ДНК - это какой то компенсаторный механизм, и повышение копий митохондриальной ДНК должно, например, сглаживать поломки в их нуклеотидной последовательности («ошибки в словах инструкций»). В исследовании сравнили мутации в митохондриальной ДНК рекомендованных и не рекомендованных эмбрионов и обнаружили, что у не рекомендованных эмбрионов митохондриальная ДНК содержит достоверно больше патогенных мутаций, ранее не представленных ни в одной базе данных вариантов митохондриальной ДНК человека. Еще раз, это мутации, которые не наблюдаются у рожденных, живущих на планете людей.
Какую практическую ценность несет это исследование? Количество копий митохондриальной ДНК само по себе имеет предсказательную силу для аннотации анеуплоидных эмбрионов. Например, это может быть особенно важно в пограничных случаях мозаицизма или шумной и малопокрытой ядерной ДНК. В данном исследовании так же было подсчитано, что каждые дополнительные 5 лет материнского возраста эквивалентны увеличению количества копий митохондриальной ДНК на 0,187%. Другими словами, при одинаковом возрасте женщин на вероятность получить анеуплоидные эмбрионы значительно влияет количество копий ДНК митохондрий! Более детально с данным исследованием можно ознакомиться тут.
“Отдельно отмечу, кто текущее исследование - не просто решение фундаментальных задач в репродукции человека. Для нас это в первую очередь вопрос выбора качественных эмбрионов, повышение частоты их имплантации и самое главное - увеличение количества рожденных здоровых малышей. Все наши исследования и открытия мы используем для улучшения качества обcлуживания наших пациентов” - резюмирует Илья Мазунин.