Zbyt szybko starzejące się zarodki zmniejszają skuteczność in vitro

Jednym z głównych ograniczeń metody zapłodnienia in vitro u ludzi jest bardzo wysoka śmiertelność zarodków. Aż 60 proc. uzyskanych w probówce zatrzymuje się w rozwoju na etapie pierwszych podziałów komórkowych, czyli w stadiach 3 =–8-komórkowych. Podobnie dzieje się w przypadku zarodków małp. Taki problem nie występuje zaś podczas zapłodnienia in vitro innych ssaków. Embriolodzy chińscy na łamach „PLOS Biology”, a japońscy w „Scientific Reports” ujawnili, jakie są tego główne powody.

Okazuje się, że zarodki ludzkie, które nie przechodzą trzeciego podziału bruzdkowania (ze stadium 8- do 16-komórkowego) i nie rozpoczynają kompakcji (czyli zwiększonego przywierania do siebie i polaryzacji blastomerów zarodka), wchodzą w przedwczesny stan przypominający starzenie się komórek. To pokazali Chińczycy. Japończycy zaś wykazali, że zablokowaniu rozwoju zarodków sprzyja także asynchronia ich pierwszych podziałów komórkowych.

Dlaczego zarodki nie rozwijają się prawidłowo

Na czym polega wczesne starzenie się zarodków? Okazuje się, że nie radzą sobie one na tych etapach rozwojowych z dwoma procesami: prawidłowym przełączaniem genów z matczynych na zarodkowe i z regulacją oddychania komórkowego niezbędnego do prawidłowego zdobywania energii. Chińczycy scharakteryzowali profil molekularny takich zarodków. Okazuje się, że te, którym nie udaje się prawidłowo włączyć swoich własnych genów, mają upośledzoną epigenetyczną regulację tego procesu, czyli taką regulację aktywności genów, która nie zależy od ich sekwencji zapisanej w DNA.

W przeciwieństwie do kontroli epigenetycznej, problemy z prawidłowym rozdziałem chromosomów w tych wczesnych stadiach rozwojowych w bardzo małym stopniu wpływają na wczesne zablokowanie rozwoju. Mimo że aż 73% ludzkich blastocyst, czyli zarodków, które z sukcesem przeszły etap podziałów bruzdkowania, jest mozaikami, tzn. mają różne komórki na skutek złego rozdzielania chromosomów, nie zatrzymują się w rozwoju. Co więcej, mogą one w późniejszych fazach procesu rozwojowego wyeliminować komórki zawierające nieprawidłową liczbę chromosomów.

Upośledzenie procesów kontroli epigenetycznej prowadzi nie tylko do zmniejszenia poziomu histonów i rybosomów, lecz także do zaburzeń aktywności takich genów jak p53, FOX, RUNX i MYC. A to właśnie one regulują podziały komórkowe i są wyznacznikami procesów komórkowego starzenia się.

Chińscy naukowcy próbowali przywrócić zablokowanym zarodkom ich normalny status metaboliczny, stymulując je m.in. przy pomocy resweratrolu – związku chemicznego pochodzenia roślinnego, występującego np. w czerwonym winie. Okazało się, że choć stan zarodków rzeczywiście się poprawił, tylko mała ich część rozwijała się dalej. Większość nadal miała niski poziom rybosomów i kłopoty z epigenetyczną regulacją aktywności genów. Resweratrol nie jest więc środkiem, który mógłby zapobiec ich blokowania w procesie rozwojowym choć miał pozytywny wpływ na ich stan metaboliczny.

Japończycy też nie ograniczyli się wyłącznie do opisu problemu. Ich badania molekularne ujawniły, że asynchroniczne zarodki mają kłopoty z regulacją przenikania białka o nazwie YAP-1 (ang. Yes-associated protein 1) do jąder komórkowych niektórych blastomerów. Tymczasem YAP-1 jest jednym z ważnych regulatorów aktywności genów. Jego brak jest wyraźnie skorelowany z kłopotami z dalszymi etapami rozwojowymi.

Dlaczego badania prowadzi się głównie w Azji

Wyniki Chińczyków w dużej mierze wyjaśniają przyczyny wstrzymania procesów rozwojowych na bardzo wczesnych etapach. Japońskie zaś dają lekarzom prowadzącym zapłodnienie in vitro doskonały indykator, które zarodki mają większe szanse na rozwój. To zaś pozwoli na przyżyciową (czyli bez uśmiercania) selekcję zarodków przeznaczonych do przeniesienia do dróg rodnych kobiety, wyłącznie dzięki ich obserwowaniu mikroskopowemu i filmowaniu w trakcie trzech pierwszych podziałów bruzdkowania po to, aby rozdzielić te asynchroniczne, dające małe nadzieje na rozwój, od synchronicznych, które takie nadzieje właśnie dają. Możliwość wyboru tych, które przechodzą synchronicznie krytyczne momenty wczesnego rozwoju, do dalszych etapów zabiegu in vitro powinna pomóc podnieść jego wydajność.

Znamienne, że badania na ludzkich zarodkach prowadzone są na Dalekim Wschodzie. W Chinach czy Japonii nie obowiązują bowiem – w przeciwieństwie do Europy i do pewnego stopnia w USA – drastyczne ograniczenia, których przyczyny nie są medyczne, tylko etyczne i religijne. W efekcie kraje te szybko prześcigną Zachód w udoskonalaniu procesu zapłodnienia in vitro. Europa i USA będą w przyszłości tylko ich beneficjentami.