Количественный анализ piwiРНК в среде культивирования эуплоидных и анеуплоидных бластоцист как вспомогательный способ отбора качественного эмбриона для переноса в полость матки в программах вспомогательных репродуктивных технологий

DOI

https://dx.doi.org/10.18565/aig.2023.180

Тимофеева A.В., Федоров И.С., Савостина Г.В., Екимов А.Н., Перминова С.Г.
ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии имени академика В.И. Кулакова» Минздрава России, Москва, Россия

Цель: Идентификация молекул piwiРНК в среде культивирования бластоцисты, ассоциированных с плоидностью клеток и способностью эмбриона к имплантации после переноса в полость матки.
Материалы и методы: В исследование включены 73 супружеские пары, у которых была проанализирована среда культивирования 93 эмбрионов, среди которых 53 бластоцисты были эуплоидными (по результатам ПГТ-А) с наличием (27 эмбрионов) и отсутствием (26 эмбрионов) имплантации после криопереноса в полость матки в программах ВРТ с использованием циклической гормональной терапии и 40 бластоцист были анеуплоидными. Молекулы piwiРНК, выделенные из 20 мкл среды культивирования набором miRNeasy Serum/Plasma Kit (Qiagen), были проанализированы методом глубокого секвенирования на платформе NextSeq 500/550 (Illumina, USA) c последующей валидацией полученных данных методом количественной полимеразной цепной реакции в реальном времени наборами miScript II RT Kit и miScript SYBR Green PCR Kit (Qiagen, Hilden, Germany).
Результаты: Получены 2 модели логистической регрессии по количественной оценке hsa_piR_020497 и hsa_piR_020829 либо hsa_piR_016677 и hsa_piR_020829, обладающие 93 и 100% специфичностью соответственно, при идентификации эуплоидной бластоцисты с высоким имплантационным потенциалом. При использовании алгоритма miRanda проанализированы потенциальные гены-мишени ассоциированных с анеуплоидией молекул piwiРНК, которые участвуют в формировании веретена деления, образовании и функционировании кинетохора, цитокинезе.
Заключение: Разработан неинвазивный метод отбора эуплоидного эмбриона с высоким имплантационным потенциалом для переноса в полость матки в программах ВРТ, который на данном этапе исследования является вспомогательным, но не альтернативным методу ПГТ-А.

Вклад авторов: Тимофеева А.В. – получение экспериментальных данных, написание статьи; Федоров И.С. – получение экспериментальных данных и их статистическая обработка; Савостина Г.В. – сбор образцов среды культивирования бластоцисты, создание клинической базы пациенток, написание статьи; Екимов А.Н. – преимплантационное генетическое тестирование эмбрионов на анеуплоидии; Перминова С.Г. – редактирование статьи.
Конфликт интересов: Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.
Финансирование: Работа выполнена при финансовой поддержке Государственного задания «Решение проблемы бесплодия в современных условиях путем разработки клинико-диагностической модели бесплодного брака и использования инновационных технологий в программах вспомогательной репродукции», регистрационный номер 22-A21.
Одобрение Этического комитета: Исследование было одобрено локальным Этическим комитетом ФГБУ «НМИЦ АГП им. академика В.И. Кулакова» Минздрава России.
Согласие пациентов на публикацию: Пациенты подписали информированное согласие на публикацию своих данных.
Обмен исследовательскими данными: Данные, подтверждающие выводы этого исследования, доступны по запросу у автора, ответственного за переписку, после одобрения ведущим исследователем.
Для цитирования: Тимофеева A.В., Федоров И.С., Савостина Г.В., Екимов А.Н., Перминова С.Г. Количественный анализ piwiРНК в среде культивирования эуплоидных и анеуплоидных бластоцист как вспомогательный способ отбора качественного эмбриона для переноса в полость матки в программах вспомогательных репродуктивных технологий. Акушерство и гинекология. 2023; 11: 115-130
https://dx.doi.org/10.18565/aig.2023.180

piwiРНК

среда культивирования бластоцисты

анеуплоидия

имплантация эмбриона

перенос криоконсервированного эмбриона

циклическая гормональная терапия

вспомогательные репродуктивные технологии

глубокое секвенирование малых некодирующих РНК

количественная ПЦР в реальном времени

Полный текст статьи
доступен в "Библиотеке Врача"

Lensen S., Lantsberg D., Gardner D.K., Sophian A.D., Wandafiana N., Kamath M.S. The role of timing in frozen embryo transfer. Fertil. Steril. 2022; 118(5):832-8. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2022.08.009.
Governini L., Luongo F.P., Haxhiu A., Piomboni P., Luddi A. Main actors behind the endometrial receptivity and successful implantation. Tissue Cell. 2021; 73: 101656. https://dx.doi.org/10.1016/j.tice.2021.101656.
Donaghay M., Lessey B.A. Uterine receptivity: alterations associated with benign gynecological disease. Semin. Reprod. Med. 2007; 25(6): 461-75. https://dx.doi.org/10.1055/s-2007-991044.
Fesahat F., Montazeri F., Hoseini S.M. Preimplantation genetic testing in assisted reproduction technology. J. Gynecol. Obstet. Hum. Reprod. 2020; 49(5): 101723. https://dx.doi.org/10.1016/j.jogoh.2020.101723.
Franasiak J.M., Forman E.J., Hong K.H., Werner M.D., Upham K.M., Treff N.R., Scott R.T.J. The nature of aneuploidy with increasing age of the female partner: a review of 15,169 consecutive trophectoderm biopsies evaluated with comprehensive chromosomal screening. Fertil. Steril. 2014; 101(3): 656-63.e1. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2013.11.004.
Ubaldi F.M., Cimadomo D., Capalbo A., Vaiarelli, A., Buffo L., Trabucco E. et al. Preimplantation genetic diagnosis for aneuploidy testing in women older than 44 years: a multicenter experience. Fertil. Steril. 2017; 107(5): 1173-80. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2017.03.007.
Fragouli E., Alfarawati S., Spath K., Wells D. Morphological and cytogenetic assessment of cleavage and blastocyst stage embryos. Mol. Hum. Reprod. 2014, 20(2): 117-26. https://dx.doi.org/10.1093/molehr/gat073.
Minasi M.G., Fiorentino F., Ruberti A., Biricik A., Cursio E.,Cotroneo E. et al. Genetic diseases and aneuploidies can be detected with a single blastocyst biopsy: a successful clinical approach. Hum. Reprod. 2017; 32(8): 1770–77. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/dex215.
Teh W.T., McBain J., Rogers P. What is the contribution of embryo-endometrial asynchrony to implantation failure? J. Assist. Reprod. Genet. 2016; 33(11): 1419-30. https://dx.doi.org/10.1007/s10815-016-0773-6.
Sato T., Sugiura-Ogasawara M., Ozawa F., Yamamoto T., Kato T., Kurahashi H. et al. Preimplantation genetic testing for aneuploidy: a comparison of live birth rates in patients with recurrent pregnancy loss due to embryonic aneuploidy or recurrent implantation failure. Hum. Reprod. 2020; 35(1): 255. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/dez289.
Greco E., Bono S., Ruberti A., Lobascio A.M., Greco P., Biricik A. et al. Comparative genomic hybridization selection of blastocysts for repeated implantation failure treatment: a pilot study. Biomed Res. Int. 2014; 2014: 457913. https://dx.doi.org/10.1155/2014/457913.
Tong J., Niu Y., Wan A., Zhang T. Next-Generation Sequencing (NGS) based preimplantation genetic testing for aneuploidy (PGT-A) of trophectoderm biopsy for recurrent implantation failure (RIF) patients: a retrospective study. Reprod. Sci. 2021; 28(7): 1923-9. https://dx.doi.org/10.1007/s43032-021-00519-0.
Pantou A., Mitrakos A., Kokkali G., Petroutsou K., Tounta G., Lazaros L. et al. The impact of preimplantation genetic testing for aneuploidies (PGT-A) on clinical outcomes in high risk patients. J. Assist. Reprod. Genet. 2022; 39(6): 1341-9. https://dx.doi.org/10.1007/s10815-022-02461-9.
Gleicher N., Patrizio P., Brivanlou A. Preimplantation genetic testing for aneuploidy - a castle built on sand. Trends Mol. Med. 2021; 27(8): 731-42. https://dx.doi.org/10.1016/j.molmed.2020.11.009.
McIlwraith E.K., He W., Belsham D.D. Promise and perils of microRNA discovery research: Working towards quality over quantity. Endocrinology. 2023; 164(9): bqad111. https://dx.doi.org/10.1210/endocr/bqad111.
Xiong Q., Zhang Y. Small RNA modifications: regulatory molecules and potential applications. J. Hematol. Oncol. 2023; 16(1): 64. https://dx.doi.org/10.1186/s13045-023-01466-w.
Wang X., Ramat A., Simonelig M., Liu M.F. Emerging roles and functional mechanisms of PIWI-interacting RNAs. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2023; 24(2): 123-41. https://dx.doi.org/10.1038/s41580-022-00528-0.
Czech B., Munafò M., Ciabrelli F., Eastwood E.L., Fabry M.H., Kneuss E., Hannon G.J. piRNA-Guided genome defense: from biogenesis to silencing. Ann. Rev. Genet. 2018; 52: 131–57. https://dx.doi.org/10.1146/annurev-genet-120417-031441.
Tóth K.F., Pezic D., Stuwe E., Webster A. The piRNA pathway guards the germline genome against transposable elements. Adv. Exp. Med. Biol. 2016; 886: 51-7. https://dx.doi.org/10.1007/978-94-017-7417-8_4.
Russell S.J., LaMarre J. Transposons and the PIWI pathway: genome defense in gametes and embryos. Reproduction 2018; 156(4): 111-24. https://dx.doi.org/0.1530/REP-18-0218.
Rosenbluth E.M., Shelton D.N., Wells L.M., Sparks A.E.T., Van Voorhis B.J. Human embryos secrete microRNAs into culture media--a potential biomarker for implantation. Fertil. Steril. 2014; 101(5): 1493-500. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2014.01.058.
Capalbo A., Ubaldi F.M., Cimadomo D., Noli L., Khalaf Y., Farcomeni A. et al. MicroRNAs in spent blastocyst culture medium are derived from trophectoderm cells and can be explored for human embryo reproductive competence assessment. Fertil. Steril. 2016; 105(1): 225-35. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2015.09.014.
Timofeeva A.V, Fedorov I.S., Shamina M.A., Chagovets V.V, Makarova N.P., Kalinina E.A. et al. Clinical relevance of secreted small noncoding RNAs in an embryo implantation potential prediction at morula and blastocyst development stages. Life (Basel, Switzerland). 2021; 11(12): 1328. https://dx.doi.org/10.3390/life11121328.
Timofeeva A., Drapkina Y., Fedorov I., Chagovets V., Makarova N., ShaminaM. et al. Small noncoding RNA signatures for determining the developmental potential of an embryo at the morula stage. Int. J. Mol. Sci. 2020; 21(24): 9399. https://dx.doi.org/10.3390/ijms21249399.
Langmead B., Trapnell C., Pop M., Salzberg S.L. Ultrafast and memory-efficient alignment of short DNA sequences to the human genome. Genome Biol. 2009; 10(3): R25. https://dx.doi.org/10.1186/gb-2009-10-3-r25.
Love M.I., Huber W. Anders S. Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2. 2014; 15(12): 550. https://dx.doi.org/10.1186/s13059-014-0550-8.
Team R.C. A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. Available online: https://www.r-project.org (accessed on Mar 10, 2021).
Team Rs. RStudio: Integrated Development for R. RStudio Available online: http://www.rstudio.com/ (accessed on Mar 23, 2021).
Martin R.H. Meiotic errors in human oogenesis and spermatogenesis. Reprod. Biomed. Online. 2008; 16(4): 523-31. https://dx.doi.org/10.1016/s1472-6483(10)60459-2.
Шамина М.А., Тимофеева А.В., Федоров И.С., Калинина Е.А. Оценка уровня экспрессии пивиРНК hsa_piR_020497 в фолликулярной жидкости пациенток с различными исходами программ экстракорпорального оплодотворения. Акушерство и гинекология 2021;11:143-53.
Krawetz S.A., Kruger A., Lalancette C., Tagett R., Anton E., Draghici S., Diamond M.P. A survey of small RNAs in human sperm. Hum. Reprod. 2011; 26(12):3401-12. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/der329.
Sun Y.H., Wang R.H., Du K., Zhu J., Zheng J., Xie L.H. et al. Coupled protein synthesis and ribosome-guided piRNA processing on mRNAs. Nat. Commun. 2021; 12(1): 5970. https://dx.doi.org/0.1038/s41467-021-26233-8.
Gou L.T., Dai P., Yang J.H., Xue Y., Hu Y.P., Zhou Y. et al. Pachytene piRNAs instruct massive mRNA elimination during late spermiogenesis. Cell Res. 2015; 25(2):266. https://dx.doi.org/10.1038/cr.2015.14.
Goh W.S., Falciatori I., Tam O.H., Burgess R., Meikar O., Kotaja N. et al. PiRNA-directed cleavage of meiotic transcripts regulates spermatogenesis. Genes Dev. 2015; 29(10): 1032-44. https://dx.doi.org/10.1101/gad.260455.115.
Reuter M., Berninger P., Chuma S., Shah H., Hosokawa M., Funaya C. et al. Miwi catalysis is required for piRNA amplification-independent LINE1 transposon silencing. Nature. 2011; 480(7376):264-7.https://dx.doi.org/10.1038/nature10672.
Dai P., Wang X., Gou L.T., Li Z.T., Wen Z., Chen Z.G. et al. A Translation-activating function of MIWI/piRNA during mouse spermiogenesis. Cell. 2019; 179(7): 1566-81.e16. https://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2019.11.022.
Zitouni S., Nabais C., Jana S.C., Guerrero A., Bettencourt-Dias M. Polo-like kinases: structural variations lead to multiple functions. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2014; 15(7): 433-52. https://dx.doi.org/10.1038/nrm3819.
Remo A., Li X., Schiebel E., Pancione M. The Centrosome linker and its role in cancer and genetic disorders. Trends Mol. Med. 2020; 26(4): 380-93. https://dx.doi.org/10.1016/j.molmed.2020.01.011.
Li X., Shu K., Wang Z., Ding D. Prognostic significance of KIF2A and KIF20A expression in human cancer: a systematic review and meta-analysis. Medicine (Baltimore). 2019; 98(46): e18040. https://dx.doi.org/10.1097/MD.0000000000018040.
Cunningham C.E., Li S., Vizeacoumar F.S., Bhanumathy K.K., Lee J.S., Parameswaran S. et al. Therapeutic relevance of the protein phosphatase 2A in cancer. Oncotarget. 2016; 7(38): 61544-61. https://dx.doi.org/10.18632/oncotarget.11399.
Asai Y., Matsumura R., Hasumi Y., Susumu H., Nagata K., Watanabe Y., Terada Y. SET/TAF1 forms a distance-dependent feedback loop with aurora B and Bub1 as a tension sensor at centromeres. Sci. Rep. 2020; 10(1): 15653. https://dx.doi.org/10.1038/s41598-020-71955-2.
Wigley W.C., Fabunmi R.P., Lee M.G., Marino C.R., Muallem S., DeMartino G.N., Thomas P.J. Dynamic аssociation of proteasomal machinery with the centrosome. J. Cell Biol. 1999; 145(3): 481-90. https://dx.doi.org/10.1083/jcb.145.3.481.
Lilienbaum A. Relationship between the proteasomal system and autophagy. Int. J. Biochem. Mol. Biol. 2013; 4(1): 1-26.
Gerhardt C., Lier J.M., Burmühl S., Struchtrup A., Deutschmann K., Vetter M. et al. The transition zone protein Rpgrip1l regulates proteasomal activity at the primary cilium. J. Cell Biol. 2015; 210(1): 115-33. https://dx.doi.org/10.1083/jcb.201408060.
Holt J.E., Tran S.M.T., Stewart J.L., Minahan K.,García-Higuera I., Moreno S., Jones K.T. The APC/C activator FZR1 coordinates the timing of meiotic resumption during prophase I arrest in mammalian oocytes. Development. 2011;138(5): 905-13. https://dx.doi.org/10.1242/dev.059022.
Rattani A., Ballesteros Mejia R., Roberts K., Roig M.B., Godwin J., Hopkins M. et al. APC/C(Cdh1) enables removal of shugoshin-2 from the arms of bivalent chromosomes by moderating cyclin-dependent kinase activity. Curr. Biol. 2017; 27(10):1462-76:e5. https://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2017.04.023.
Zhang X., Wang L., Ma Y., Wang Y., Liu H., Liu M. et al. CEP128 is involved in spermatogenesis in humans and mice. Nat. Commun. 2022; 13(1):1395. https://dx.doi.org/10.1038/s41467-022-29109-7.
Pitaval A., Senger F., Letort G., Gidrol X., Guyon L., Sillibourne J., Théry M. Microtubule stabilization drives 3D centrosome migration to initiate primary ciliogenesis. J. Cell Biol. 2017; 216(11): 3713-28. https://dx.doi.org/10.1083/jcb.201610039.
Yang Z., Gallicano G.I., Yu Q.C., Fuchs E. An unexpected localization of basonuclin in the centrosome, mitochondria, and acrosome of developing spermatids. J. Cell Biol. 1997;137(3):657-69. https://dx.doi.org/10.1083/jcb.137.3.657.
Zhang X., Chou W., Haig-Ladewig L., Zeng W., Cao W., Gerton G. BNC1 is required for maintaining mouse spermatogenesis. Genesis. 2012;50(7):517-24. https://dx.doi.org/10.1002/dvg.22014.
Ma J., Zeng F., Schultz R.M., Tseng H. Basonuclin: a novel mammalian maternal-effect gene. Development. 2006;133(10):2053-62. https://dx.doi.org/10.1242/dev.02371.
Lim H.Y.G., Plachta N. Cytoskeletal control of early mammalian development. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2021; 22(8): 548-62. https://dx.doi.org/10.1038/s41580-021-00363-9.
Herreros L., Rodríguez-Fernandez J.L., Brown M.C., Alonso-Lebrero J.L., Cabañas C. et al. Paxillin localizes to the lymphocyte microtubule organizing center and associates with the microtubule cytoskeleton. J. Biol. Chem. 2000; 275(34): 26436-40. https://dx.doi.org/10.1074/jbc.M003970200.
Ezoe K., Miki T., Ohata K., Fujiwara N., Yabuuchi A., Kobayashi T., Kato K. Prolactin receptor expression and its role in trophoblast outgrowth in human embryos. Reprod. Biomed. Online. 2021; 42(4): 699-707. https://dx.doi.org/10.1016/j.rbmo.2021.01.006.
Takahashi S., Mui V.J., Rosenberg S.K.,Homma K., Cheatham M.A., Zheng J. Cadherin 23-C regulates microtubule networks by modifying CAMSAP3’s function. Sci. Rep. 2016; 6: 28706. https://dx.doi.org/10.1038/srep28706.
Meng W., Mushika Y., Ichii T., Takeichi M. Anchorage of microtubule minus ends to adherens junctions regulates epithelial cell-cell contacts. Cell. 2008; 135(5): 948-59. https://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2008.09.040.
Shah J., Guerrera D., Vasileva E., Sluysmans S., Bertels E., Citi S. PLEKHA7: Cytoskeletal adaptor protein at center stage in junctional organization and signaling. Int. J. Biochem. Cell Biol. 2016; 75: 112-6. https://dx.doi.org/10.1016/j.biocel.2016.04.001.
Mao B.P., Ge R., Cheng C.Y. Role of microtubule +TIPs and -TIPs in spermatogenesis - Insights from studies of toxicant models. Reprod. Toxicol. 2020; 91: 43-52. https://dx.doi.org/10.1016/j.reprotox.2019.11.006.
Dubois F., Bergot E., Zalcman G., Levallet G. RASSF1A, puppeteer of cellular homeostasis, fights tumorigenesis, and metastasis-an updated review. Cell Death Dis. 2019; 10(12): 928. https://dx.doi.org/10.1038/s41419-019-2169-x.

Поступила 31.07.2023

Принята в печать 14.11.2023

Тимофеева Анжелика Владимировна, к.б.н., заведующая лабораторией прикладной транскриптомики отдела системной биологии в репродукции, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова Минздрава России, v_timofeeva@oparina4.ru,
117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Федоров Иван Сергеевич, м.н.с. лаборатории прикладной транскриптомики отдела системной биологии в репродукции, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова Минздрава России, is_fedorov@oparina4.ru, 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Савостина Гузель Венеровна, аспирант, Научно-клиническое отделение ВРТ им. Ф. Паулсена, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова Минздрава России, savostina2324@gmail.com, 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Екимов Алексей Николаевич, к.м.н., заведующий лабораторией преимплантационного генетического тестирования и генетической диагностики, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова Минздрава России, a_ekimov@oparina4.ru,
117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.
Перминова Светлана Григорьевна, д.м.н., в.н.с., Научно-клиническое отделение ВРТ им. Ф. Паулсена, Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова Минздрава России, s_perminova@oparina4.ru, 117997, Россия, Москва, ул. Академика Опарина, д. 4.

Тимофеева A.В., Федоров И.С., Савостина Г.В., Екимов А.Н., Перминова С.Г.

Ключевые слова

Список литературы

Об авторах / Для корреспонденции

Также по теме