Στους ανθρώπους, ένα γονιμοποιημένο ωάριο δεν αποτελεί εγγύηση για την αναπαραγωγική επιτυχία. Τα περισσότερα έμβρυα σταματούν να αναπτύσσονται και χάνονται μέσα σε λίγες ημέρες από τη γονιμοποίηση, συνήθως επειδή έχουν μη φυσιολογικό αριθμό χρωμοσωμάτων. Σήμερα, ερευνητές του Κολεγίου Ιατρών και Χειρουργών Vagelos του Πανεπιστημίου Κολούμπια διαπίστωσαν ότι τα περισσότερα από αυτά τα λάθη οφείλονται σε αυθόρμητα σφάλματα στην αντιγραφή του DNA στην πρωιμότερη φάση της κυτταρικής διαίρεσης.
Τα ευρήματα παρέχουν νέες γνώσεις στη βασική βιολογία της ανθρώπινης αναπαραγωγής και μακροπρόθεσμα θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε βελτιώσεις στο ποσοστό επιτυχίας της εξωσωματικής γονιμοποίησης (IVF).
Προκλητικό έργο για τα πρώιμα έμβρυα
Περίπου 24 ώρες μετά τη γονιμοποίηση ενός ανθρώπινου ωαρίου, αρχίζει η διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης. Κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης, ολόκληρο το γονιδίωμα — 46 χρωμοσώματα που περιέχουν περισσότερα από 3 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων DNA — πρέπει να αντιγραφεί πιστά. Τα διπλά σύνολα χρωμοσωμάτων πρέπει στη συνέχεια να διαχωριστούν, ώστε κάθε θυγατρικό κύτταρο να λάβει ένα πλήρες σύνολο.
Σε πολλά ανθρώπινα έμβρυα που δημιουργούνται για εξωσωματική γονιμοποίηση, κάτι πάει στραβά και ορισμένα κύτταρα μέσα στο έμβρυο έχουν πολύ λίγα ή πάρα πολλά χρωμοσώματα.
«Ο διπλασιασμός του γονιδιώματος είναι ένα δύσκολο έργο για το πρώιμο έμβρυο», λέει ο επικεφαλής της μελέτης Dieter Egli, PhD, ο Maimonides Assistant Professor of Developmental Cell Biology (στην παιδιατρική) στο Vagelos College of Physicians and Surgeons του Πανεπιστημίου Columbia.
Οι ερευνητές θεωρούν εδώ και καιρό ότι τα λάθη συμβαίνουν κατά την τελική φάση της κυτταρικής διαίρεσης, όταν τα διπλά σύνολα χρωμοσωμάτων διαχωρίζονται σε δύο πανομοιότυπα θυγατρικά κύτταρα. Τα περισσότερα από αυτά τα σφάλματα αποδίδονταν σε προβλήματα με την άτρακτο των μικροσωληνίσκων, τη συσκευή που τραβάει τα δύο σύνολα χρωμοσωμάτων χώρια.
Όμως οι μελέτες του Egli διαπίστωσαν ότι οι χρωμοσωμικές ανωμαλίες προέρχονται από σφάλματα που συμβαίνουν πολύ νωρίτερα στη διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης, όταν διπλασιάζεται το DNA του γονιδιώματος. Εάν το DNA δεν αντιγραφεί με ακρίβεια, διαπίστωσαν οι μελέτες του, η άτρακτος δυσλειτουργεί και τοποθετεί λάθος αριθμό χρωμοσωμάτων σε κάθε θυγατρικό κύτταρο. Όταν ο διπλασιασμός του DNA είναι ανώμαλος, η άτρακτος δεν λειτουργεί κανονικά.
«Αυτό έχει σε μεγάλο βαθμό αγνοηθεί σε προηγούμενες μελέτες – γιατί το έμβρυο θα επέτρεπε να διακυβευτεί η ακεραιότητα του γονιδιώματος, όταν αυτή είναι μια τόσο κρίσιμη προϋπόθεση για τη φυσιολογική ανάπτυξη;», λέει ο Egli.
Αν και οι μελέτες διεξήχθησαν με έμβρυα που δημιουργήθηκαν σε τρυβλίο Petri — συμπεριλαμβανομένων ατόμων που υποβλήθηκαν σε εξωσωματική γονιμοποίηση και δωρητών ωαρίων που δεν επιδίωκαν θεραπεία γονιμότητας — τα ίδια προβλήματα μπορεί να συμβάλλουν στην αποτυχία των εμβρύων που δημιουργούνται κατά τη φυσική ανθρώπινη αναπαραγωγή.
Ενδείξεις για την πηγή των σφαλμάτων DNA
Η πηγή των σφαλμάτων αντιγραφής του DNA στα έμβρυα φαίνεται να πηγάζει από εμπόδια εντός της διπλής έλικας του DNA. Αν και ο ακριβής λόγος για τα εμπόδια αυτά δεν είναι ακόμη γνωστός, προκαλούν παύση ή ακόμη και διακοπή του διπλασιασμού του DNA, με αποτέλεσμα τη θραύση του DNA και έναν μη φυσιολογικό αριθμό χρωμοσωμάτων.
Τα αυθόρμητα σφάλματα του DNA μπορούν να εμφανιστούν ήδη από τον πρώτο κύκλο της κυτταρικής διαίρεσης στα ανθρώπινα έμβρυα, διαπίστωσαν οι ερευνητές, καθώς και στις επόμενες κυτταρικές διαιρέσεις. Εάν πάρα πολλά κύτταρα στο πρώιμο έμβρυο επηρεάζονται από χρωμοσωμικές ανωμαλίες, το έμβρυο δεν μπορεί να αναπτυχθεί περαιτέρω.
IVF
Τα περισσότερα ανθρώπινα έμβρυα που δημιουργούνται για εξωσωματική γονιμοποίηση σταματούν να αναπτύσσονται μέσα σε λίγες ημέρες μετά τη γονιμοποίηση. Αυτή η αναποτελεσματικότητα της ανθρώπινης ανάπτυξης αποτελεί εμπόδιο για επιτυχείς θεραπείες γονιμότητας.
«Πολλές γυναίκες που υποβάλλονται σε θεραπεία γονιμότητας χρειάζονται πολλαπλούς κύκλους εξωσωματικής γονιμοποίησης προκειμένου να μείνουν έγκυες, ενώ ορισμένες δεν μένουν ποτέ έγκυες. Αυτό δεν είναι μόνο εξαιρετικά δαπανηρό, αλλά και συναισθηματικά επιβαρυντικό», αναφέρει η Jenna Turocy, MD, ειδικός γονιμότητας στο Κέντρο Γονιμότητας του Πανεπιστημίου Columbia και συν-συγγραφέας της μελέτης.
Οι ερευνητές σχεδιάζουν πρόσθετες μελέτες που εξετάζουν τη βλάβη του DNA κατά τη διάρκεια της αντιγραφής με την ελπίδα να κατανοήσουν τις φυσιολογικές και νοσογόνες παραλλαγές στην ανθρώπινη γεννητική γραμμή. Μακροπρόθεσμα, οι μελέτες αυτές μπορεί να οδηγήσουν σε μεθόδους μείωσης του κινδύνου γενετικών ανωμαλιών και φθοράς εμβρύων για τους ασθενείς που υποβάλλονται σε εξωσωματική γονιμοποίηση.
