Значение митохондрий в развитии и имплантации эмбриона

Митохондрии – это небольшие структуры, которые находятся внутри наших клеток (в цитоплазме). Они активно участвуют в жизнедеятельности клетки, и их основная функция заключается в выработке энергии. По этой причине митохондрии считаются электростанциями клеток. В отличие от других клеточных структур, митохондрии содержат собственную ДНК (мтДНК). Иногда у человека мтДНК называют 25 хромосомой (22 аутосомы, половые Х-, Y-хромосомы и мтДНК).

С помощью электронной микроскопии ученые выяснили, как выглядит митохондрия и какие функции она выполняет. Органелла покрыта гладкой оболочкой, под которой расположена внутренняя мембрана, формирующая многочисленные складки (кристы). Здесь располагаются ферменты, которые участвуют в дыхательной цепи и образовании энергетических молекул АТФ. В матриксе митохондрии находится кольцевидная ДНК, РНК, комплекс для синтеза белка.

Функции митохондрий в ооцитах

Зрелая яйцеклетка (МІІ) человека относится к типам клеток с высоким содержанием как митохондрий, так и митохондриальной ДНК.

Следует отметить, что митохондриальная ДНК имеет цитоплазматический тип наследования, то есть весь генетический материал митохондрии наследуется по материнской линии из цитоплазмы яйцеклетки. При оплодотворении зигота получает как материнскую, так и отцовскую мтДНК. Однако при этом копии отцовской мтДНК, оказавшиеся в яйцеклетке со сперматозоидом, в дальнейшем развитии эмбриона будут блокироваться на молекулярном уровне.

Количество митохондрий, присутствующих в цитоплазме зрелого ооцита (МІІ) составляет лишь небольшую часть материнского пула митохондриальной ДНК. Это происходит из-за генетического препятствия, возникающего во время оогенеза (созревания яйцеклеток). Таким образом, разнообразие митохондриальной ДНК ограничивается в каждом ооците.

Снижение способности к синтезу АТФ с возрастом связано с накоплением мутаций в митохондриальном геноме. Теоретически, чем дольше ооцит остается в яичнике до оплодотворения, тем больше вероятность возникновения мутации мтДНК. Несколько исследований показали, что неоплодотворившиеся ооциты имеют снижение экспрессии митохондриальных генов.

Также следует отметить, что количество митохондрий в ооцитах с возрастом уменьшается; есть потенциал на оплодотворение и дальнейшее развитие эмбриона уменьшается.

Как митохондрии влияют на репродуктивную функцию

Предимплантационное развитие является динамическим и энергозатратным процессом. Зародышу в первые дни развития требуется достаточный уровень энергии, чтобы происходили повторные циклы деления клеток, и сформировалась бластоциста. Если митохондрий недостаточно или они плохо выполняют свои задачи, репродуктологи получают слабые эмбрионы при ЭКО.

Поскольку содержание мтДНК остается стабильным в течение первых дней эмбрионального развития, его общее количество разделяется между клетками во время деления. На стадии бластоцисты (5-6 сутки развития) эмбрион делится на внутриклеточную массу (будущий ребенок) и трофектодерма (будущая плацента). На этом этапе трофектодерма начинает накапливать митохондриальную ДНК для обеспечения достаточного количества АТФ перед непосредственным процессом имплантации. В то же время внутриклеточная масса, напротив, уменьшает количество копий митохондриальной ДНК.

Диагностика митохондриальных нарушений

В репродуктологии используют такие способы оценки функций и строения митохондрий:

• генетический анализ мтДНК для определения первопричины нарушений;
• измерение уровня АТФ, ферментов окислительного фосфорилирования и других маркеров митохондриальной цитопатии;
• биохимический анализ для определения концентрации лактата, пирувата, органических кислот;
• биопсия мышц для оценки количества и структуры митохондрий.

При клинических признаках митохондриальной дисфункции назначают инструментальные методы диагностики. МРТ головного мозга показывает очаги повреждения, которые образуются в нервной ткани. Электронейромиография позволяет оценить работу мускулатуры, состояние нервно-мышечной передачи.

Способы коррекции митохондриальных цитопатий при лечении бесплодия

Эмбриологи отлично разбираются в том, что такое митохондрии и как они влияют на зачатие, поэтому используют эффективные методы терапии. В случаях, когда есть вероятность увеличения количества копий мтДНК, а именно для пациенток старшего репродуктивного возраста с повторами неудач в программах ЭКО, есть:

• преимплантационное генетическое тестирование (PGT-A);
• донорские яйцеклетки (исключение передачи мутации мтДНК);
• перенос цитоплазмы клеток (нормальные митохондрии цитопласта донора переносятся в ооцит реципиента и таким образом разбавляют эффекты любого дефекта мтДНК);
• перенос пронуклеусов зигот (мужские и женские пронуклеусы удаляются из зигот донора и пациента с формированием донорского цитопласта и кариопласта с ядерным геномом пациента);
• перенос полярных тел (из донорской яйцеклетки извлекается генетический материал (мейотическое веретено деления) донора и первого полярного тела из материнского ооцита и помещается в цитоплазму донорских ооцитов).

Команда клиники репродуктологии Reprolife поможет вам стать счастливыми родителями!

Часто задаваемые вопросы про митохондрий в развитии эмбриона:

Литература:

1. Mitochondrial disease in adults: recent advances and future promise / Y. S. Ng et al. // The Lancet Neurology. – 2021. – Т. 20. – №. 7. – С. 573-584.
2. New diagnostic pathways for mitochondrial disease / E. Watson, R. Davis, C. M. Sue //Journal of Translational Genetics and Genomics. – 2020. – Т. 4. – №. 3. – С. 188-202.