Kierownik Samodzielnej Grupy Badawczej
dr n. med. Marta Olszewska
e-mail: marta.olszewska@igcz.poznan.pl
tel.: +48 61 6579 231
Członkowie Grupy:
mgr Zuzanna Graczyk – doktorantka
mgr inż. Jagoda Kostyk – biolog
lic. Julia Pospieszna – magistrantka
Zuzanna Myślicka – praktykantka
Najnowsze wyniki badań oraz informacje Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) podają niepłodność jako chorobę społeczną, która dotyczy 10-18% par. Szacuje się, że udział tzw. czynnika męskiego w niepłodności to obecnie 40-60% wszystkich przypadków. Dane statystyczne wskazują, że u coraz większej grupy mężczyzn parametry nasienia drastycznie się obniżają, czego odzwierciedleniem jest wzrastający wskaźnik niepłodności. Obok czynników środowiskowych oraz genetycznych mających istotny wpływ na płodność, równie ważnym są czynniki epigenetyczne, tj. wynikające z niegenowych modyfikacji genomu. Wśród nich, metylacja plemnikowego DNA, a także metylacja/acetylacja histonów plemnika pełnią kluczową rolę w spermatogenezie oraz prawidłowym rozwoju zarodka. Innym elementem epigenetycznym jest określona lokalizacja chromosomów w jądrze komórkowym plemnika. Plemnik charakteryzuje się unikatowym sposobem upakowania chromatyny, także lokalizacja jego chromosomów jest specyficzna. Wiadomo także, że organizacja jądrowa plemnika ulega zaburzeniu w przypadku różnych typów niepowodzeń rozrodu u mężczyzn. Udokumentowano także podatność elementów epigenetycznych na zaburzenia spowodowane zarówno podłożem genetycznym, jak i środowiskowym, a w zależności od kontekstu wzajemne relacje/oddziaływania między nimi mogą być zarówno przyczyną, jak i efektem zaburzeń w męskiej płodności.
Zadania badawcze Grupy oparte zostały na kompleksowym podejściu eksperymentalnym wobec plemników mężczyzn z oligozoospermią, a także nosicieli aberracji chromosomowych, uwzględniającym charakterystykę zarówno zawartości genetycznej jak i epigenetycznej plemnika istotnych dla przebiegu spermatogenezy. Jednoczesna ocena wszystkich wymienionych parametrów może stanowić bodziec do opracowania nowych testów oceniających zarówno warstwę strukturalną, jak i regulatorową materiału genetycznego plemnika.
Obecnie Grupa realizuje zadania badawcze z zakresu epigenetyki i cytogenetyki plemników mężczyzn z niepowodzeniami rozrodu w ramach projektów:
- „Badanie lokalizacji chromosomów w ludzkich plemnikach o różnym stopniu integralności chromatyny oraz różnicach w poziomie markerów epigenetycznych, z uwzględnieniem kariotypów oraz poszczególnych frakcji plemnikowych” SONATA BIS NCN, nr 2020/38/E/NZ2/00134
Głównym celem projektu jest odpowiedź na pytanie o to, w jaki sposób lokalizacja poszczególnych chromosomów w jądrze komórkowym plemnika może ulec zmianie/zaburzeniu w zależności od: typu niepowodzeń rozrodu, kariotypu, integralności chromatyny, zmian epigenetycznych DNA/histonów plemnikowych, a także czy istnieją zmiany między członkami tej samej rodziny, z uwzględnieniem jakości różnych frakcji plemnikowych. Nowatorskim charakterem projektu jest prowadzenie analiz w sposób sekwencyjny na tym samym plemniku, co oznacza, że lokalizacja chromosomów zostanie określona w każdej komórce z osobna, po uprzednim jej scharakteryzowaniu pod kątem: zawartości genetycznej, stanu dojrzałości chromatyny, a także zmian epiznaczników. Analizy przeprowadzane będą na mężczyznach o prawidłowym kariotypie (grupa kontrolna, członkowie tej samej rodziny: płodni kontra niepłodni, np. bracia), a także u nosicieli rearanżacji chromosomowych, bez zmian fenotypowych (m.in. translokacje chromosomowe wzajemne TCW, translokacje Robertsonowskie Rob), podkreślając rolę charakterystyki zaangażowanych chromosomów w organizację przestrzenną jądra komórkowego plemnika. Wszystkie testy przeprowadzone zostaną z uwzględnieniem frakcji plemnikowych: o prawidłowym ruchu, z dojrzałą chromatyną oraz o sprawdzonym potencjale do zapłodnienia.
Należy podkreślić, że nosicielstwo rearanżacji chromosomowych stanowi „tykającą bombę biologiczną”, niewykazującą zmian fenotypowych u nosiciela (np. ok. 40% nosicieli TCW ma prawidłowe parametry nasienia), w przeciwieństwie do zmian w produkcji plemników. Nosiciele rearanżacji chromosomowych są w grupie podwyższonego ryzyka nieprawidłowej ciąży oraz urodzenia dziecka z wadami rozwojowymi, co spowodowane jest wytwarzaniem genetycznie niezrównoważonych plemników. Jest to istotne w szczególności w kontekście pozyskiwania plemników przy zapłodnieniu pozaustrojowym (IVF), w którym głównym kryterium wyboru danego plemnika do zapłodnienia jest jego morfologia i motoryka, nieskorelowane z nosicielstwem aberracji chromosomowych.
- „Badanie metylacji DNA plemników niepłodnych mężczyzn ze zdiagnozowaną oligozoopsermią” SONATA NCN, nr 2015/17/D/NZ5/03442
Celem projektu jest określenie wzorów metylacji wybranych genów w DNA plemnikowym u niepłodnych mężczyzn o obniżonej liczbie plemników (oligozoospermia). W projekcie zakłada się, że plemniki niepłodnych mężczyzn z oligozoospermią mają zmieniony wzór metylacji genów kluczowych dla spermatogenezy, co rzutuje na status ich płodności. Ponadto w plemnikach mężczyzn z oligozoospermią obserwuje się zaburzenia innych elementów genetycznych, takich jak: podwyższony poziom aneuploidii chromosomów oraz integralność chromatyny plemnikowej obejmującą zarówno stopień jej deprotaminacji, jak również fragmentację DNA.
Kompleksowa charakterystyka plemników mężczyzn z oligozoospermią, obejmuje: (i) ustalenie wzorów metylacji DNA plemnikowego (hipo/hipermetylacja) dla promotorów wybranych genów (panel genów i/lub badanie całego metylomu), (ii) badanie globalnego poziomu metylacji DNA plemnikowego oraz analiza metylacji i acetylacji wybranych reszt lizynowych histonów wraz z ich immunolokalizacją w jądrze komórkowym plemnika, (iii) ocenę integralności chromatyny plemnikowej oraz (iv) ocenę poziomu aneuploidii wybranych chromosomów w plemnikach mężczyzn z oligozoospermią.
Diagnostyka oligozoospermii jest dość rozbudowana, aczkolwiek standardowa analiza nasienia oraz badania hormonów nie są wystarczające do określenia przyczyn i mechanizmów niepłodności na poziomie molekularnym, szczególnie w przypadkach złożonych przyczyn obserwowanych zaburzeń. Oczekuje się, że badania pozwolą na poznanie efektu zaburzeń wynikających ze zmienionego wzoru metylacji wybranych genów dla oligozoospermii. Prowadzone badania uzupełniają listę genów wrażliwych na zmiany metylacyjne w kontekście przyczyn dla zmniejszającej się liczby plemników w ejakulacie. Ponadto badania podjęte w Projekcie stanowić będą pierwsze doniesienia dotyczące kompleksowego podejścia badawczego dla mężczyzn z oligozoospermią, obejmujące sugerowany związek metylacji i acetylacji z integralnością chromatyny oraz poziomem aneuploidii w plemnikach. Potencjalną korzyścią będzie opracowanie podejścia badawczego docelowo stosowanego w badaniu biologicznych cech plemników mężczyzn z oligozoospermią, sprzyjających bądź nie w stosowanych procedurach wspomaganego rozrodu (ART).