Зміст сторінки
Успіх зачаття, як в природньому циклі, так і за допомогою використання допоміжних репродуктивних технологій, сильно залежить від репродуктивного віку матері. Це є головним чинником якості яйцеклітин.
Основні причини вікового безпліддя:
- знижений оваріальний резерв (зменшення кількості яйцеклітин)
- зниження якості ооцитів (збільшення частоти анеуплоїдій та зниження мітохондріальної активності).
Анеуплоїдія – не кратна гаплоїдному набору зміна кількості хромосом.
Вікові хромосомні аномалії здебільшого виникають через порушення мейозу під час оогенезу (формування ооцитів), що є наслідком неправильної сегрегації (розщеплення) хромосом під час поділу, передчасне розділення сестринських хроматид або нещодавня зворотна сегрегація.
Мейоз – це поділ статевих клітин, внаслідок якого вони стають гаплоїдними.
Наразі в усьому світі існує тенденція до збільшення віку, коли жінка починає планувати першу вагітність. В середньому цей вік складає 29,4 року.
З віком жінки фертильність знижується, тоді як частота викиднів зростає. Зокрема, старший вік матері (визначається як ≥35 років) показує лише незначний вплив на частоту запліднення і помірний вплив на розвиток ембріона до стадії бластоцисти, але призводить до значного збільшення частоти анеуплоїдії бластоцисти, тобто наявності генетичних аномалій.
Яйцеклітина повинна підтримувати розвиток ембріона до активації ембріонального геному, тому вона має бути достатньо сильною енергетично та бути забезпеченою усіма необхідними поживними речовинами для подальшого розвитку ембріона.
Ооцити формуються ще в утробі матері, діляться, збільшуючи свою кількість та вступають в першу фазу мейозу, під час якого зупиняються аж до початку менструації та першої овуляції. Після статевого дозрівання дівчини відбувається рекрутування фолікулів та ооцити, які були зупинені в поділі, відновлюють його, проходять наступні етапи та готові до овуляцій.
Вік матері є основною причиною ембріональних анеуплоїдій. Понад 90% цих дисбалансів справді мають материнське походження. В основному можуть виникати помилки під час першого мейозу (>70% випадків), які, хоча можуть бути «виправлені» в мейозі II, тим самим усуваючи початкову помилку.
Якщо повнохромосомні анеуплоїдії в основному спричинені дефектним материнським мейозом, структурні хромосомні порушення (наприклад, збалансовані транслокації) натомість не залежать від віку матері та можуть однаково впливати на обох партнерів. Дійсно, вони, ймовірно, виникають у результаті подій de novo під час оогенезу та сперматогенезу або мітозу.
Транслокація — це специфічний тип генетичної зміни, коли частина однієї хромосоми відривається та прикріплюється до іншої хромосоми.
Зупинка ооцитів відбувається на стадії диплотени під час першого мейозу. Під час цієї стадії гомологічні (однакові) хромосоми залишаються з’єднаними, і ця бівалентна структура є критичною проблемою материнського мейозу.
Рис.1. Профаза мейозу 1. Стадія диплотени, під час якої гомологічні хромосоми поєднані та рекомбінують. На цій стадії відбувається зупинку поділу ооцитів.
Рекомбінація – процес, у якому ланцюжок ДНК розривається, а потім його фрагменти об’єднуються в іншому порядку.
Ця конфігурація повинна зберігатися роками, протягом яких ооцити залишаються затриманими на переході до наступної стадії аж до початку менструації. На цьому етапі відбувається відновлення мейозу і поділ хромосом. Однак протягом цього тривалого періоду спокою бівалентна структура може послабитись, що призведе до утворення одновалентних або сестринських хроматид, що розщеплюються в мейозі I. Частота обох цих подій справді корелює зі збільшенням віку матері та зниженою швидкістю рекомбінації, але відповідні причинні механізми все ще не зрозумілі до кінця.
Далі ми розглянемо молекулярні та клітинні процеси, на які може вплинути старіння в ооцитах:
- мітохондріальна дисфункція
- вкорочення теломер
- дисфункція когезинів і порушення мейотичного веретена через порушення контрольної точки збірки веретена (SAC).
Мітохондріальна дисфункція
Мітохондрії є найчисельнішими органелами в ооциті і є його джерелом енергії. Вони мають власний геном і складають основний материнський внесок в ембріогенез. Дійсно, сперматозоїди не несуть мітохондрії потомству. Вони вважаються ключовими, особливо на перших фазах перед імплантаційного розвитку, коли збалансоване споживання енергії має вирішальне значення для ефективного цитоплазматичного та ядерного дозрівання ооцитів, а також протягом збирання та розбирання мікротрубочок під час формування мейотичного веретена. Крім того, мітохондрії відіграють важливу роль у різних сигнальних шляхах, таких як передача сигналів Ca2+ і регуляція внутрішньоклітинного потенціалу окислювально-окислювального ефекту, що особливо важливо для запліднення та раннього розвитку.
Рис.2. Мітохондрії
Широко повідомлялося про несприятливий вплив старіння на мітохондрії в ооциті: набряк мітохондрій, вакуолізація та зміна крист (складки внутрішньої мембрани). Було підкреслено зниження виробництва АТФ і зниження метаболічної активності в старих ооцитах, що, у свою чергу, може сприяти порушенням збірки мейотичного веретена, регуляції клітинного циклу, сегрегації хромосом, розвитку ембріона і, нарешті, імплантації.
Мітохондріальна ДНК (мтДНК) не має захисних гістонів і ефективних механізмів відновлення ДНК у разі пошкоджень. Тому швидкість мутації мтДНК приблизно в 25 разів вища, ніж ядерної ДНК. Очевидно, що чим довший період спокою, тим вищий ризик помилок мтДНК. Крім того, загальна концентрація мтДНК також, здається, знижена в ооцитах старших пацієнтів.
Мітохондрії також присутні в гранульозних клітинах (ГК), що оточують ооцит, вже на ранніх фазах оогенезу. Вони забезпечують дозрівання яйцеклітин. Повідомлялося також, що кількість мтДНК у гранульозних клітинах корелює з якістю ембріона і слабким резервом яєчників. Сучасна гіпотеза полягає в тому, що, оскільки мтДНК в ооциті підтримує ранній ембріональний розвиток, подібним чином мтДНК на пов’язаних з нею ГК підтримує дозрівання ооцитів, і те, і інше, можливо, модулює компетентність ембріона.
Вкорочення теломер
Теломери — це короткі тандемні повтори спеціалізованих послідовностей ДНК, які захищають кінці хромосом. Їхня функція має важливе значення для мейозу, оскільки під час ранньої профази теломери прив’язують хромосоми до ядерної мембрани, щоб полегшити гомологічне спарювання та ініціювати синапс (з’єднання хромосом) для формування хіазми (місце переплетення двох хроматид, що утворюється в результаті їхньої кон’югації в профазі мейозу).
Вікове скорочення теломер відбувається як у клітинах, що діляться, так і в клітинах, що не діляться, і пов’язане з кількома захворюваннями, пов’язаними з віком (наприклад, діабетом, серцево-судинними захворюваннями та раком). Однак динаміка теломер сильно відрізняється залежно від типу клітини та статі.
Наприклад, у чоловічій зародковій лінії довжина теломер зберігається з часом, ймовірно, завдяки постійній активності теломерази (зворотної транскриптази, яка бере участь у подовженні теломерів), яка експресується на високих рівнях у сперматогоніях (чоловічих статевих клітинах ранньої стадії).
Навпаки, теломери в ооцитах починають скорочуватись під час внутрішньоутробного розвитку, і цей процес продовжується в дорослому яєчнику, ймовірно, через хронічні ефекти окислювального та генотоксичного стресу, пізній вихід жіночих гамет із зупинки клітинного циклу, а також щодо зниженої активності теломерази.
Рис.3. Теломери – короткі повтори послідовності ДНК на кінці хромосоми
Когезинові дисфункції
Втрата когезії між сестринськими хроматидами поблизу центромер є ще однією віковою дисфункцією, яка може спричинити хромосомну диссегрегацію.
Когезини — це комплекс білків, який утримує сестринські хроматиди разом після реплікації (подвоєння) ДНК і відповідає за підтримку двовалентної структури протягом тривалого періоду спокою. Тільки в анафазі когезини видаляються, щоб ініціювати поділ сестринських хроматид.
Повідомляється, що з віком порушення функції когезину та зниження їхньої кількості призводить до неправильної сегрегації в ооциті. Нарешті, існує структурна та функціональна взаємодія між когезинами та теломерами. Таким чином, у пацієнток старшого репродуктивного віку проблеми, які впливають на теломери, можуть викликати подібні дисфункції в активності когезинів .
Рис.4. Білки когезини, які з’єднують сестринські хроматиди
Нестабільність веретена поділу
Мейотичне веретено відповідає за поділ як гомологічних хромосом, так і сестринських хроматид, тому має важливе значення для забезпечення точної сегрегації. Помилки в його збірці сприяють більшій поширеності анеуплоїдій у жінок старшого віку. Веретено молодих ооцитів компактне, перпендикулярно орієнтоване відносно оолеми. Навпаки, майже 80% ооцитів у пацієнток старшого віку можуть демонструвати аномальні веретена.
Контрольна точка збірки веретена (SAC) забезпечує правильне формування веретена та запобігає відокремленню дублікатів хромосом (анафаза), доки кожна хромосома належним чином не прикріплюється до веретена поділу. SAC демонструє нижчий контроль над правильністю процесу в ооцитах старшого віку. Різні білкові компоненти SAC показали справді нижчі концентрації в таких ооцитах .
Рис.5. Веретено поділу візуалізоване за допомогою поляризаційної мікроскопії
На даний момент не існує терапії для протидії безпліддю у пацієнток старшого репродуктивного віку, і ми можемо лише обмежити цю біологічну та соціальну проблему.
По-перше, збереження фертильності за допомогою кріоконсервації ооцитів є цінним варіантом для всіх жінок (не лише онкологічних пацієнтів), спрямованих на запобігання природному зниженню компетентності ооцитів.
По-друге, максимізація використання резерву яєчників за допомогою індивідуальної контрольованої стимуляції яєчників має вирішальне значення для збільшення кількості зібраних ооцитів, тим самим збільшуючи ймовірність успіху після ЕКЗ.
По-третє, посилення відбору ембріонів за допомогою передімплантаційного генетичного тестування (ПГТ). Насправді метою ДРТ є народження здорової дитини з мінімізацією ризиків для пацієнта, і це особливо вірно при старшому репродуктивному віці, коли частота анеуплоїдій різко зростає. Важливо, що після ідентифікації еуплоїдної (хромосомно здорової) бластоцисти потенціал її імплантації практично не залежить від віку матері.
Використанні джерела:
Cimadomo D, Fabozzi G, Vaiarelli A, Ubaldi N, Ubaldi FM, Rienzi L. Impact of Maternal Age on Oocyte and Embryo Competence. Front Endocrinol (Lausanne). 2018 Jun 29;9:327. doi: 10.3389/fendo.2018.00327.
Attali E, Yogev Y. The impact of advanced maternal age on pregnancy outcome. Best Pract Res Clin Obstet Gynaecol. 2021 Jan;70:2-9. doi: 10.1016/j.bpobgyn.2020.06.006. Epub 2020 Jun 24.
P Verdyck, G Altarescu, S Santos-Ribeiro, C Vrettou, U Koehler, G Griesinger, V Goossens, C Magli, C Albanese, M Parriego, L Coll, R Ron-El, K Sermon, J Traeger-Synodinos, Aneuploidy in oocytes from women of advanced maternal age: analysis of the causal meiotic errors and impact on embryo development, Human Reproduction, Volume 38, Issue 12, December 2023, Pages 2526–2535, https://doi.org/10.1093/humrep/dead201
