Современные методы вспомогательной репродукции. Тройное родительство

Митохондриальные нарушения признаны в качестве одной из главных причин целого ряда серьезных полиорганных заболеваний. Часто подвержены поражению ткани с высокими метаболическими потребностями, такие как сердце, мышцы и центральная нервная система. В этом обзоре рассмотрены методы вспомогательной репродукции – митохондриальные заместительные технологии.

Ключевые слова: митохондриальные заболевания, митохондриальная заместительная терапия, тройное родительство.

Mitochondrial defects have been recognized as a significant cause of a number of serious multiorgandiseases. Tissues with a high metabolic demand, such as heart, muscle, and central nervous system, are often affected. In this review it has considered various methods assisted reproductive technology- mitochondrial replacement techniques.

Key words: Mitochondrial diseases, Mitochondrial replacement therapy, three parenthood.

Митохондрии являются одними из важнейших органелл, регулирующих выработку энергии клетками. Они в изобилии содержатся в тканях с высоким уровнем энергетических потребностей, таких как мозг, сердце, мышцы, печень, почки [6]. У людей митохондриальная ДНК (мтДНК) наследуется исключительно по материнской линии [9]. По причинам, которые до сих пор изучаются, митохондриальный геном гораздо менее стабилен, чем ядерный геном, случайные мутации его ДНК встречаются примерно в 1000 раз чаще [6]. Эти мутации могут привести к наследуемой недостаточности, которая связана с уменьшением синтеза энергии, необходимой для адекватного развития и обмена веществ [15]. Митохондриальные нарушения вызывают полиорганную недостаточность, слабоумие, инсульт, слепоту, глухоту, детскую энцефалопатию, и преждевременную смерть. В настоящее время не существует лечения митохондриальных болезней, лишь симптоматическая терапия [1]. Было подсчитано, что частота развития митохондриального заболевания приблизительно равна 1 на 5000 живорожденных [14].

В настоящее время предимплантационная генетическая диагностика (ПГД) является мощным инструментом для пренатальной диагностики наследуемых генетических заболеваний, тем не менее, она не подходит для диагностики наследуемых митохондриальных заболеваний [14].

Трудности предимплантационной диагностики и отсутствие способов лечения митохондриальных заболеваний стимулируют поиск эффективных методов устранения данных нарушений еще до рождения ребенка.

Теоретически, передачу мтДНК от матери ребенку можно прервать несколькими способами: пересадкой проядер, пересадкой веретена, переносом отцовских спермальных митохондрий, деструкцией мтДНК в материнской яйцеклетке [2, 9, 15].

Методика пересадки веретена заключается в передаче веретена во время метафазы II из неоплодотворенного ооцита пораженной женщины в донорский ооцит без ядра. Для этого извлекается ядерный генетический материал от одного ооцита, без митохондриальной ДНК, затем переносится в донорский ооцит, ядро которого было удалено (цитопласт), но в котором содержится полный набор митохондриальных ДНК. Выполняется это следующим способом: зрелые ооциты извлекают во втором митотическом делении, при котором ядерный генетический материал представлен в виде веретено-хромосомного комплекса, состоящего из кариосферы прикрепленной к нитевидным волокнам веретена, при этом захватывается небольшое количество клеточной мембраны (кариопласта). Затем производится слияние кариопласта с цитопластом с помощью японского гемаглютинирующего вируса. В последующем ооцит может быть оплодотворен. С помощью этой технологии MasahitoTachibana и его коллеги из OregonNationalPrimateResearchCenter в 2009 г. смогли оплодотворить самку макаки (Macaca mulata). У обезьяны родились близнецы. Генетический анализ показал, что ядерный геном был унаследован исключительно из кариопласта, а митохондриальная ДНК – от донора цитопласта. Сейчас близнецам по 5 лет и они полностью здоровы [3–4, 7, 9].

Технология переноса проядер заключается в том, что сначала, в оплодотворенной яйцеклетке с помощью лазера делается отверстие в мембране. После эмбриолог проникает пипеткой в отверстие и вытаскивает проядра. Далее исследователь опустошает оплодотворенную донорскую яйцеклетку от ее генетического материала и вводит проядра в это «полую» яйцеклетку. В последующем оплодотворенная яйцеклетка может инкубироваться и пересаживаться в матку. Douglass Turnbull из Newcastle University, Великобритания сначала опробовал методику на мышиных эмбрионах в начале 2000 гг., а затем с успехом, на человеческих яйцеклетках [6].

Метод деструкции мтДНК в материнской яйцеклетке предложили Alejandro Ocampo и Juan Carlos Izpisua Belmonte, биологи из Salk Institute for Biological Studies in La Jolla, Калифорния в 2015 г. Они использовали яйцеклетки мышей, в которые вводили сегмент РНК, продуцирующий ДНК – режущий фермент – эндонуклеазу. Эндонуклеаза находит митохондрии с определенной мутацией и разрушает их ДНК. В эксперименте из обработанных яйцеклеток родились здоровые мыши, но некоторые ученые, такие как Eric Shoubridge из McGill University in Montreal, Канада и Douglass Turnbull отмечают (2015 г.), что яйцеклетки женщин с большим числом дефектных митохондрий могут не выжить после обработки, т. к. останется мало нормальных мтДНК [2].

Заслуживают особого внимания две технологии митохондриальной заместительной терапии: пересадка проядер и пересадка веретен, т. к. получающийся в результате манипуляций зародыш, по сути получает генетическую информацию от «трех родителей» – ДНК отца, матери, а также мтДНК яйцеклетки женщины донора. В случае рождения ребенка его можно назвать «ребенком трех родителей», а сам феномен – тройное родительство» [11]. Большой критике подверглись данные методы как со стороны ученых, так и правительственных организаций. В 2001 г. FDA США ввела мораторий на любые манипуляции с зародышами [8]. Но в последующем, успехи исследователей, таких как MasahitoTachibana, Shoukhrat Mitalipov, Douglass Turnbull побудили к пересмотру законодательных актов, касающихся митохондриальной заместительной терапии. Так 3 февраля 2015 г. Правительство Великобритании и HumanFertilisationandEmbryologyAuthority (HFEA) сняли запрет на метод оплодотворения, известный как митохондриальная заместительная терапия [10, 12, 13].

Исследователи из New Hope Fertility Center, Нью-Йорк, 27 сентября 2016 г. объявили, что ими была проведена процедура, когда при зачатии совмещаются ДНК трёх человек. Ранее пара уже потеряла двоих детей из-за редкого нейрометаболического митохондриального заболевания — синдрома Лея. Исследователи пересадили ядро из материнской яйцеклетки в донорскую со здоровыми митохондриями, которая затем оплодотворялась спермой отца. Команда John Zhang 2015 г. смогла модифицировать пять эмбрионов, один из которых был имплантирован и стал плодом, унаследовавшим как ДНК от обоих родителей, так и донорскую митохондриальную ДНК.

David Clancy, из Lancaster University, Великобритания говорит (2016 г.), что одной из проблем является возможность того, что вместе с материнским ядром в донорскую яйцеклетку попадут и некоторые дефектные митохондрии. Согласно превью John Zhang (2016 г.) 5 % эмбриональной мтДНК было перенесено с материнским материалом, в то время как в образцах митоходрий ребёнка количество дефектной ДНК колеблется от ткани к ткани в пределах 1,6 % [6]. А 13 октября 2016 г., исследователь из Украины Валерий Жукин заявил, что две женщины беременны плодами, созданными из ДНК трех человек. Пациентки Жукина не страдали заболеваниями митохондрий, однако из-за митохондриальной недостаточности их предыдущие беременности прерывались на ранних сроках [5]. Dietrich Egli (2016 г.), одобрил действия экспериментаторов. «Они проявили большое мужество, заведомо подвергая себя резкой критике. Я думаю, что в надзоре и контроле есть определенный перекос, из-за которого новые виды лечения откладываются в долгий ящик, поэтому нужно поступать именно так», — заявил он [5, 10].

Литература:

1. Cesar Palacios-Gonzalez. Mitochondrial replacement techniques: egg donation, genealogy and eugenics // Monash Bioethics Review. — 2016. — № 34. — С. 37–51.
2. DNA editing in mouse embryos prevents disease // www.nature.com. URL: http://www.nature.com/news/dna-editing-in-mouse-embryos-prevents-disease-1.17379 (датаобращения: 23.11.2016).
3. DNA-swap technology almost ready for fertility clinic // www.nature.com. URL: http://www.nature.com/news/dna-swap-technology-almost-ready-for-fertility-clinic-1.11651 (датаобращения: 23.11.2016).
4. Eric A. Shoubridge. Asexual healing // Nature. — 2009. — № 461. — С. 354–355.
5. Erika Check Hayden. Regulators weigh benefits of ‘three-parent’ fertilization // Nature. — 2013. — № 502. — С. 284- 285.
6. Ewen Callaway. The power of three // Nature. — 2014. — № 509. — С. 414–417.
7. Ger P. A. Bongaerts. How to prevent ‘half-bastard’ progeny? Or an alternative for three-parent babies: Two-parent babies through transplantation of sperm mitochondria // Medical Hypotheses. — 2006. — № 67. — С. 1266–1269.
8. Gretchen Vogel. FDA Considers Trials of ‘Three-Parent Embryos’ // Science. — 2014. — № 343. — С. 827–828.
9. Hui-Shan Liu, Pei-Lun Chu. Three-parent embryo: The therapeutic future for inherited mitochondrial diseases // Journal of the Formosan Medical Association. — 2014. — № 114. — С. 1027–1028.
10. Ingrid Torjesen. UK moves a step closer to being first country in world to allow “three parent babies” // BMJ. — 2013. — №. — С..
11. Masahito Tachibana, Michelle Sparman, Hathaitip Sritanaudomchai, Hong Ma, Lisa Clepper, Joy Woodward, Ying Li, Cathy Ramsey, Olena Kolotushkina, Shoukhrat Mitalipov. Mitochondrial gene replacement in primate offspring and embryonic stem cells // Nature. — 2009. — № 461. — С. 367 -370.
12. Paula Amato, Masahito Tachibana, Michelle Sparman, Shoukhrat Mitalipov. Three-parent in vitro fertilization: gene replacement for the prevention of inherited mitochondrial diseases //. — 2014. — № 101. — С. 31–35.
13. Reports of ‘three-parent babies’ multiply // www.nature.com. URL: http://www.nature.com/news/reports-of-three-parent-babies-multiply-1.20849 (датаобращения: 23.11.2016).
14. Three-parent baby claim raises hopes — and ethical concerns // www.nature.com. URL: http://www.nature.com/news/three-parent-baby-claim-raises-hopes-and-ethical-concerns-1.20698 (датаобращения: 23.11.2016).
15. Trisha Gura. Fertile mind // Nature. — 2012. — № 491. — С. 319–320.