Naukowcy zajmujący się problemem wysokiego wskaźnika poronień od dawna zastanawiali się, czy istnieje sposób, aby stwierdzić, czy komórka jajowa pomyślnie przekształci się w zarodek i będzie rosła, lub czy istnieje marker wskazujący, kiedy skazane jest jej niepowodzenie.

Dwa zespoły badawcze pod przewodnictwem Rutgersa znalazły mocne wskazówki w dwóch oddzielnych badaniach z wykorzystaniem danych pochodzących od ludzi i myszy, które pozwolą im odpowiedzieć „tak” na oba pytania.

Zgłaszanie się Komunikacja przyrodniczajeden z zespołów odkrył, że komórki jajowe myszy, które przed zapłodnieniem tworzą niezwykłą strukturę przypominającą czapeczkę, z większym prawdopodobieństwem są zdolne do życia, przyczepiają się do macicy i rosną niż komórki jajowe pozbawione tej struktury.

„Są to ważne odkrycia, ponieważ wielu ludzi tego szuka [in vitro fertilization] w budowaniu rodziny wskaźniki powodzenia są niskie” – stwierdziła Karen Schindler, profesor na Wydziale Genetyki w Rutgers School of Arts and Sciences (SAS) i główna autorka artykułu. „Zrozumienie podstawowych mechanizmów wpływających na wysoki poziom wysokiej jakości komórka jajowa i zarodek są niezbędne do poprawy wskaźników powodzenia klinicznego.”

W drugim badaniu, opublikowanym w Amerykański dziennik genetyki człowiekazespół kierowany przez Rutgersa zidentyfikował gen, który po zmutowaniu powoduje nieprawidłową liczbę chromosomów w jajach myszy, co jest główną przyczyną wczesnych poronień i niepowodzeń zapłodnienia in vitro (IVF).

„Staramy się zrozumieć genetyczne korzenie niepłodności u kobiet” – powiedział Jinchuan Xing, profesor na Wydziale Genetyki SAS i główny autor artykułu. „W tym przypadku opracowana przez nas metoda identyfikacji ryzyka genetycznego może zostać zastosowana przez wielu badaczy do dalszych badań”.

Niepłodność, definiowana jako niemożność zajścia w ciążę po roku lub dłużej współżycia bez zabezpieczenia, jest częstym problemem. Według Amerykańskiego Centrum Kontroli i Zapobiegania Chorobom w Stanach Zjednoczonych wśród kobiet w wieku od 15 do 49 lat, które nie rodziły wcześniej, około 1 na 5, czyli 19%, nie jest w stanie zajść w ciążę po roku prób. Ponadto CDC twierdzi, że około 1 na 4, czyli około 26% kobiet w tej grupie, ma trudności z zajściem w ciążę lub donoszeniem ciąży, co nazywa się upośledzeniem płodności.

Schindler, Xing i ich zespoły chcą zrozumieć, w jaki sposób niektóre kobiety produkują jaja o wysokiej żywotności i dlaczego proces ich wytwarzania jest tak podatny na błędy. W badaniu Schindlera zespół skupił się na jednym z ostatnich etapów procesu produkcji jaj. Schindler powiedział, że inspiracją dla zespołu były prace nad komórkami nowotworowymi prowadzone przez koleżankę, Ahnę Skop, genetyk z Uniwersytetu Wisconsin, która jest autorką artykułu. Skop odkrył, że region powstający pomiędzy dzielącymi się komórkami zawiera niezbędne materiały, takie jak RNA i białka.

Ponieważ rozwój zarodka opiera się na tych niezbędnych materiałach, Schindler zastanawiał się, czy mechanizm z białkami chroniącymi życie mógłby powstać również wtedy, gdy komórka jajowa dzieli się na dwie komórki potomne.

W przeciwieństwie do innych typów komórek, komórki jajowe, które dzielą się na dwie komórki, tworzą je nierównomiernie. Jedno, jajo, otrzymuje większość niezbędnego materiału, takiego jak informacja genetyczna i struktury wytwarzające białka, podczas gdy drugie, zwane ciałem polarnym, otrzymuje niewiele i ostatecznie więdnie i umiera.

Korzystając z mikroskopu wytwarzającego obrazy żywych komórek o wysokiej rozdzielczości, zespół Schindlera odkrył, że komórki jajowe również mają obszar pomiędzy dzielącymi się komórkami, który jest wzbogacony w niezbędne materiały. W ramach tej analizy odkryli nową strukturę przypominającą czapeczkę, która tworzy się pomiędzy komórkami. W komórkach jajowych, które zostały pomyślnie zapłodnione i wyrosły na zarodki, czapeczki tworzą barierę ochronną, która zapobiega ucieczce niezbędnych materiałów do sąsiedniej komórki ciałka polarnego. W komórkach jajowych, w których czapeczka została przerwana, zarodki nie były zdolne do życia.

„Czapeczka stanowi granicę między komórką jajową, która zostanie zapłodniona przez plemnik, a niefunkcjonalnym ciałkiem polarnym” – powiedział Schindler. „Bez tej nasadki niezbędne materiały mogą przedostać się do ciała polarnego, a prawdopodobieństwo, że jajo stanie się embrionem, będzie mniejsze”.

W drugiej pracy Xing i jego zespół przeanalizowali pulę danych zebranych przez kliniki IVF podczas badań genetycznych zarodków pod kątem nieprawidłowej liczby chromosomów przed implantacją. Xing stwierdziła, że ​​dane zebrane tą metodą gromadzenia danych, która wykorzystuje niedrogą technologię sekwencjonowania DNA, nie zostały uznane za przydatne do dogłębnych poszukiwań wzorców genetycznych.

Chociaż ta metoda sekwencjonowania całego genomu o niskim pokryciu pozwala uzyskać ułamek danych z każdej próbki genetycznej i opiera się na metodach obliczeniowych w celu uzupełnienia brakujących informacji, zespołowi Xinga udało się wykryć mutację genu typową dla niewydolności jaj. Testowana na myszach mutacja powoduje błędy w liczbie chromosomów podzielonych między komórką jajową a ciałkiem polarnym.

„Odkrycia i zastosowana metoda mają szerokie implikacje nie tylko dla klinicystów i pacjentów badających pojawiające się przyczyny niepowodzeń IVF, ale także zapewniają światu nowy sposób prowadzenia badań genetycznych z wykorzystaniem danych sekwencjonowania o niskim pokryciu” – powiedziała Xing.