ОЦЕНКА УПАКОВКИ ХРОМАТИНА СПЕРМАТОЗОИДОВ
В последнее десятилетие многими исследованиями установлен факт снижения фертильности, эффективности методов ВРТ и повышения риска врожденных уродств при увеличении уровня повреждений хроматина сперматозоидов.
-
Термином «повреждение ДНК сперматозоидов» обозначают многие дефекты структуры хроматина, в том числе нарушения соотношения между белками гистонами и протаминами в сперматозоидах. Такие нарушения называют дефектами протаминации.
В норме в процессе спермиогенеза – превращения круглых сперматид в сперматозоиды, - и позже при их «дозревании» в придатках яичка (эпидидимус), происходит замена обычных белков, на которые навиты ДНК во всех клетках – гистонов, - на уникальные белки, которые есть только в сперматозоидах – протамины (см. рисунок).
По R.Sharma, A.Agarwal // Сперматозоид хроматина: биологическое и клиническое применение при мужском бесплодии и вспомогательной репродукции / A.Zini, A.Agarwal (Ed.), 2011, Springer: 31.
-
Считают, что протаминация делает хроматин сперматозоидов в десятки раз более компактным, и одновременно, защищает спермальные ДНК от возможных повреждений при движении по мужскому, а затем женскому репродуктивному тракту.
После завершения упаковки хроматина на завершающих стадиях сперматогенеза большая часть ДНК ассоциирована с протаминами, только 5-15% остается связанной с гистонами. Предполагают, что эти участки после оплодотворения первыми становятся местами транскрипции и нужны для активации всего мужского генома. Но из-за того, что в этих участках ДНК остаются незащищенными протаминами, они особенно чувствительны к действию повреждающих факторов. Генотоксикантами являются – радиация, электромагнитное излучение, некоторые химические вещества (диоксид, пестициды, формальдегиды и др.).
-
Отмечают наличие прямой корреляции между повышенным содержанием сперматозоидов с фрагментацией ДНК в зрелых сперматозоидах и содержанием сперматозоидов с аномальной упаковкой хроматина.
Предполагают, что уменьшение доли протаминов делает хроматин более чувствительным к повреждающим воздействиям.
Дефектные сперматозоиды, содержащие неправильно упакованную ДНК, сохраняют способность к оплодотворению.
-
Дефицит протаминов и увеличение доли гистонов ведет к преждевременной конденсации хроматина, что является причиной сбоев в оплодотворении и развитии эмбриона.
Не до конца ясно, как взаимосвязаны аномалии хроматина с показателями стандартной спермограммы: концентрацией, подвижностью, морфологией сперматозоидов. Предполагают, что апоптоз, признаком которого является фрагментация ДНК, как связанная, так и несвязанная нарушением протоминации, служит конечным результатом различных патологических состояний и системой деградации, контролирующей сперматогенез.
Поскольку это может иметь несколько причин, оценка нарушений конденсации (упаковки) хроматина особенно рекомендуются для:
-
пар с историей выкидышей;
-
пар с необъяснимым бесплодием более 6 месяцев;
-
мужчин с вредными факторами образа жизни (курение, ионизирующее излучение, токсические вещества, перегревание, несбалансированное питание и др.);
-
мужчин с историей рака и химиотерапией;
-
плохом качестве эмбриона во время повторных циклов донорства яйцеклеток;
-
мужском идиопатическом бесплодии.
Для обнаружения нарушений упаковки хроматина в сперматозоидах используют специальные методы: окраска хромомицином А3 позволяет оценить количество протаминов, анилиновым синим – гистонов.
-
Рекомендуют оценивать количество сперматозоидов с низкой компактизацией хроматина по преобладанию в клетках гистонов. Принято считать, что таких сперматозоидов не должно быть больше 30%; при этом индекс нарушения, зависящий от шкальной интенсивности окраски (G0+G1+G2x2) должен быть меньше 40.
Оригинальные фото из нашей лаборатории:
синие клетки различной интенсивности окраски имеют повышенное содержание гистонов,
розовые - нормальное содержание протаминов
Нарушения протоминации не имеют специфического лечения. Нередко они генетически детерминированы. Обязательным является устранение всех потенциальных факторов риска: инфекционно-воспалительных процессов, перегревания яичек, курения, избыточного веса, нарушения углеводного обмена и др. В случае обнаружения оксидативного стресса и сопутствующего повышенного уровня фрагментации ДНК – применение различных нутриентов-антиоксидантов. Антиоксидантная терапия при оксидативном стрессе обычно приводит к значимому улучшению целостности ДНК сперматозоидов, более адекватной упаковки на протаминах, меньшей выраженности признаков апоптоза гамет (annexin V и др.), в некоторых случаях - увеличению частоты наступления беременности после ВРТ. Следует отметить, что цинк, в отличие от прочих соединений-антиоксидантов, в комплексе со специфическими белками непосредственно регулирует конденсацию хроматина сперматозоидов; дефицит цинка, как показали экспериментальные исследования, приводит к апоптозу клеток яичка.
Последние годы для нормализации структуры хроматина сперматозоидов достаточно эффективно используются современные клеточные технологии, в т.ч. связанные с применением МСК и клеток Сертоли.
Доктор мед. наук, профессор В.А.Божедомов
Несколько цитат о значении нарушений протаминации сперматозоидов:
-
«…Уникальный процесс уплотнения хроматина в сперматозоиде имеет важные последствия как для развития скрининговых тестов мужского бесплодия, так и для понимания характеристик хроматина спермы, которые могут повлиять на результаты вспомогательных репродуктивных технологий...»
Palermo GD et al. Perspectives on the assessment of human sperm chromatin integrity. Fertil Steril. 2014 Dec; 102(6):1508-17.
-
«…В некоторых случаях неудавшееся оплодотворение после ИКСИ также ассоциировалось с дефицитом протаминов спермы и преждевременной хромосомной конденсацией…»
Tosti E, Ménézo Y. Gamete activation: basic knowledge and clinical applications.
Hum Reprod Update. 2016; 22(4): 420-39.
-
«…Этот тип повреждения может возникнуть у эмбрионов с нормальным комплементом хромосом и, возможно, объяснить, почему некоторые эмбрионы с нормальными кариотипами не способны обеспечить беременность у пациентов с необъяснимыми выкидышами. В целом, чем больше степень повреждения ДНК передается эмбриону отцовским геномом, тем раньше этот ущерб будет проявляться во время развития эмбриона…»
Bareh Gihan M. еt al.// Fertility and Sterility, 2016, 105 (2): 15-282
-
«…Дефектные сперматозоиды, содержащие поврежденную ДНК, сохраняют способность к оплодотворению. Однако с такими повреждениями ДНК связаны некоторые фенотипы бесплодия, например, необъяснимое и идиопатическое бесплодие, повторяющиеся неудачные ВМИ и ЭКО, и привычные выкидыши. …»
Sperm chromatin: biological and clinical application in male infertility and assisted reproduction / A.Zini, A.Agarwal (Ed.), 2011, Springer, 512.
-
«…Два объяснения есть для взаимосвязи ненормальной экспрессии протаминов и незавершенным сперматогенезом: (1) ненормальная экспрессия протаминов индуцирует системные повреждения сперматогенеза возможно посредством влияния на транскрипцию или (2) регулятор трансляции протаминов действует как «контрольная точка» в регуляции сперматогенеза и аномальная экспрессия протаминов ведет к индукции апоптотических процессов и системному ухудшению качества спермы…»
Carell DT et al.// Hum Reprod Update. 2007; 13: 313-27.
