V.I. Kulakov Research Center for Obstetrics, Gynecology and Perinatology, Ministry of Health of the Russian Federation, Moscow, Russia
The current understanding about the comparative genomic hybridization – CGH is discussed in the review, which provides an alternative means of genome-wide screening for aneuploidy and microstructural chromosomal abnormalities at one time point for all chromosomes. Relative rate of aneuploidy in oocytes and blastocysts among patients with multiple failed IVF cycles by using CGH showed high frequency chromosomal abnormalities on meiotic and mitotic embryogenesis stages.
preimplantation genetic screening
comparative genomic hybridization
enhancement of IVF program outcomes
Предупреждение рождения ребенка с генетическими заболеваниями в программах ВРТ в настоящее время может быть решено благодаря предимплантационному генетическому скринингу (ПГС), позволяющему предотвратить перенос в матку эмбрионов с анеуплоидией. Согласно данным анализа исходов эффективности экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), в США за период 2006 г. только в 31% от общего количества имплантированных эмбрионов (1 38 198) исходом беременности явилось рождение живых новорожденных. Выбор эмбриона для имплантапии играет критическую роль для успешного исхода планируемой беременности и основывается на морфологическом клеточном анализе эмбрионов [4, 15]. Несмотря на доказанность корреляции эмбриональной морфологии с числом успешных имплантаций [13, 14], данные многих исследований говорят о высоком проценте морфологически «нормальных» эмбрионов (30—40%) с хромосомными нарушениями, в частности анеуплоидиями [3, 20]. Последние, как известно, являются наиболее частой причиной не только нарушения имплантации, но также привычного невынашивания беременности [16, 21, 25] и тяжелой врожденной хромосомной патологии в случае пролонгации беременности [17]. Было показано, что при наличии анеуплоидии происходит значительное уменьшение частоты прогрессирующей беременности у пациенток разного возраста, но в особенности у пациенток старшей возрастной группы, втом числе при неоднократных неудачных попытках ЭКО [17, 25, 27].
Рисунок. Частота анеуплоидий, определенная методом array-ССГ в ооцитах и бластоцитах человека.
До недавнего времени в целях повышения эффективности эмбриональной селекции для последующей успешной имплантации и развития беременности наиболее используемым методом ПГС в программах вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ) была флуоресцентная гибридизация in situ (FISH) [5, 8, 22]. В ходе многочисленных исследований эффективности FISH-метода были получены неоднозначные данные. В частности, в ряде исследований было заявлено о положительном эффекте ПГС методом FISH на клинические исходы беременностей по следующим показателям: увеличение числа имплантаций [5, 8, 20], снижение уровня невынашивания [12] и повышение частоты живорождения [33]. Однако внедрение принципов доказательной медицины с применением рандомизации выявило противоположные результаты в ходе многочисленных рандомизированных контролируемых испытаний. Так, было показано отсутствие эффективности FISH-метода ПГС для повышения уровня имплантации и живорождения [7, 13, 14, 19,30,31].
Ведущие медицинские организации Северной Америки и Европы признали, что традиционный ПГС не может быть признан методикой, повышающей эффективность программ ВРТЧ и исключили ПГС анзуплоидий с помощью FISH-метода из числа рекомендуемых при ЭКО молекулярно-генетических исследований [1]. В числе возможных причин отсутствия положительного эффекта при применении FISH-метода обсуждались следующие: возможность скрининга ограниченного числа хромосом; физиологические феномены развития человеческих эмбрионов, такие как самокоррекция (изменение генетического статуса бластоцисты по сравнению с эмбрионом стадии дробления), хромосомная нестабильность и мозаицизм, отрицательное влияние биопсии на дальнейшее развитие эмбриона [6, 1 8, 23].
Благодаря современным достижениям молекулярной генетики на сегодняшний день в целях ПГС активно используется метод сравнительной геномной гибридизации (СГГ, аrrау Comparative genomic gibridization — СGН), представляющий собой высокоразрешающий скрининг всего генома с возможностью диагностики анеуплоидии и микроструктурных хромосомных аномалий одномоментно во всех хромосомах [29, 35, 36]. Полученные данные анализа относительной частоты анеуплоидии в ооцитах и бластоцистах у пациенток с многочисленными неудачами ЭКО методом СГГ показал высокую частоту хромосомной патологии на мейотическом и митотическом этапах эмбриогенеза [11 ] (см. рисунок). Следует отметить, что из существующих в настоящее время типов СГГ — на хромосоме и на микрочипе (аrrау-СGН) — наибольшую диагностическую перспективу в клинической практике представляет метод аrrау-СGН, называемый также «молекулярным кариотипированием» благодаря своей высокой разрешающей способности [26]. Сравнительная оценка FISH и аrrау-СГГ как скрининг-методов для выявления эмбриональной анэуплоидии и объективизации степени мозаицизма показала большую частоту выявления генетических отклонении (100 и 31% соответственно, p=0,0005) и меньшую точность FISH-анализа, вероятно, преувеличивающего процент мозаицизма в делящихся человеческих эмбрионах [10, 32, 34].
Результативность методики аrrау-СГГ в рамках ВРТ была продемонстрирована в ряде клинических испытаний. При исследовании 45 бесплодных пар в ходе 2—3 циклов ЭКО, внедрение ПГС эмбриональной анэуплоидии методом аrrау-СГГ позволило достичь высокой частоты и эффективности имплантации перенесенных эмбрионов (69%) и беременностей на 1 цикл (82%), что превысило аналогичные показатели имплантации без проведения аrrау-СГГ на 50% [28]. Эффективность данной методики была также доказана для определения эмбриональной анэуплоидии при одновременном целенаправленном скрининге хромосомных транслокаций у 24 бесплодных пар-носителей [9]. Среди 187 эмбрионов только 30 (16%), по данным аrrау-СГГ, оказались эуплоидными, из них 22 эмбриона в 17 закончивших цикл парах (в среднем 1,3±0,5) подверглись переносу с высоким процентом беременностей, составившим 70,6% на перенос эмбрионов (у 12 из 24 стартовавших пар) и 63,6% из расчета на один перенесенный эмбрион.
Схожие результаты уровня эуплоидии при эмбриональном скрининге пар с установленными
сбалансированными перестройками (транслокациями и инверсиями) были получены в работе S. Alfarawati [2]: из 93,7% полученных результатов эмбрионального скрининга методом СГГ эуплоидными были 22,3% эмбрионов, однако частота беременностей оказалась ниже, чем в упомянутом выше исследовании: 30% на законченный цикл (5 из 16 пар с четырьмя одноплодными доношенными беременностями), 21% на цикл для доношенных беременностей и 27% — на перенос эмбрионов.
Эти данные демонстрируют широкие диагностические возможности методики аrrау-СГГ, в частности способность в ходе прицельного эмбрионального скрининга на хромосомные перестройки выявлять анэуплоидию благодаря скринингу всех 24 хромосом, что создает высокий потенциал по сравнению с традиционно применяемым для поиска транслокаций FISH-методом ввиду более высокой чувствительности, надежности, автоматизации и уменьшения сроков проведения [2, 8]. Указанные достоинства методики аrrау-СГГ открывают большие перспективы в повышении эффективности селекции эмбрионов для последующего переноса и, тем самым, повышении в целом результативности ВРТ.
1. ACOG Committee Opinion No. 430: preimplantation genetic screening for aneuploidy. Obstet. Gynecol. 2009; 113(3): 766-7.
2. Alfarawati S., Fragouli E., Colls P., Wells D. First births after preimplantation genetic diagnosis of structural chromosome abnormalities using comparative genomic hybridization and microarray analysis. Hum. Reprod. 2011; 26(6): 1560-74.
3. Baltaci V., Satiroglu H., Kabukçu C., Unsal E., Aydinuraz B., Uner O. et al. Relationship between embryo quality and aneuploidies. Reprod. Biomed. Online. 2006; 12(1): 77-82.
4. Borini A., Lagalla C., Cattoli M., Sereni E., Sciajno R., Flamigni C., Coticchio G. Predictive factors for embryo implantation potential. Reprod. Biomed. Online. 2005; 10(5): 653-68.
5. Colls P., Escudero T., Cekleniak N., Sadowy S., Cohen J., Munné S. Increased efficiency of preimplantation genetic diagnosis for infertility using "no result rescue". Fertil. Steril. 2007; 88(1): 53-61.
6. De Vos A., Van Steirteghem A. Aspects of biopsy procedures prior to preimplantation genetic diagnosis. Prenat. Diagn. 2001; 21(9): 767-80.
7. Debrock S., Melotte C., Spiessens C., Peeraer K., Vanneste E., Meeuwis L. et al. Preimplantation genetic screening for aneuploidy of embryos after in vitro fertilization in women aged at least 35 years: a prospective randomized trial. Fertil. Steril. 2010; 93(2): 364-73.
8. Delhanty J.D., Griffin D.K., Handyside A.H., Harper J., Atkinson G.H., Pieters M.H., Winston R.M. Detection of aneuploidy and chromosomal mosaicism in human embryos during preimplantation sex determination by fluorescent in situ hybridisation, (FISH). Hum. Mol. Genet. 1993; 2(8): 1183-5.
9. Fiorentino F., Spizzichino L., Bono S., Biricik A., Kokkali G., Rienzi L. et al. PGD for reciprocal and Robertsonian translocations using array comparative genomic hybridization. Hum. Reprod. 2011; 26(7): 1925-35.
10. Fragouli E., Alfarawati S., Daphnis D.D., Goodall N.N., Mania A., Griffiths T. et al. Cytogenetic analysis of human blastocysts with the use of FISH, CGH and aCGH: scientific data and technical evaluation. Hum. Reprod. 2011; 26(2): 480-90.
11. Fragouli E., Katz-Jaffe M., Alfarawati S., Stevens J., Colls P., Goodall N.N. et al. Comprehensive chromosome screening of polar bodies and blastocysts from couples experiencing repeated implantation failure. Fertil. Steril. 2010; 94(3): 875-87.
12. Gianaroli L., Selman H.A., Magli M.C., Colpi G., Fortini D., Ferraretti A.P. Birth of a healthy infant after conception with round spermatids isolated from cryopreserved testicular tissue. Fertil. Steril. 1999; 72(3): 539-41.
13. Hardarson T., Hanson C., Lundin K., Hillensjö T., Nilsson L., Stevic J. et al. Preimplantation genetic screening in women of advanced maternal age caused a decrease in clinical pregnancy rate: a randomized controlled trial. Hum. Reprod. 2008; 23(12): 2806-12.
14. Hardarson T., Lundin K., Bergh C. Early embryo cleavage is a strong indicator of embryo quality in human IVF. Hum. Reprod. 2001; 16(12): 2652-7.
15. Johnson D.S., Cinnioglu C., Ross R., Filby A., Gemelos G., Hill M. et al. Comprehensive analysis of karyotypic mosaicism between trophectoderm and inner cell mass. Mol. Hum. Reprod. 2010; 16(12): 944-9.
16. Kline J., Stein Z., Susser M., Warburton D. Induced abortion and the chromosomal characteristics of subsequent miscarriages (spontaneous abortions). Am. J. Epidemiol. 1986; 123(6): 1066-79.
17. Kuliev A., Cieslak J., Ilkevitch Y., Verlinsky Y. Chromosomal abnormalities in a series of 6,733 human oocytes in preimplantation diagnosis for age-related aneuploidies. Reprod. Biomed. Online. 2003; 6(1): 54-9.
18. Magli M.C., Jones G.M., Gras L., Gianaroli L., Korman I., Trounson A.O. Chromosome mosaicism in day 3 aneuploid embryos that develop to morphologically normal blastocysts in vitro. Hum. Reprod. 2000; 15(8): 1781-6.
19. Mastenbroek S., Twisk M., van Echten-Arends J., Sikkema-Raddatz B., Korevaar J.C., Verhoeve H.R. et al. In vitro fertilization with preimplantation genetic screening . N. Engl. J. Med. 2007; 357(1): 9-17.
20. Munné S. Preimplantation genetic diagnosis and human implantation--a review. Placenta. 2003; 24(Suppl. B): S70-6.
21. Munné S., Cohen J. Chromosome abnormalities in human embryos. Hum. Reprod. Update. 1998; 4(6): 842-55.
22. Munné S., Lee A., Rosenwaks Z., Grifo J., Cohen J. Diagnosis of major chromosome aneuploidies in human preimplantation embryos. Hum. Reprod. 1993; 8(12): 2185-91.
23. Munné S., Velilla E., Colls P., Garcia Bermudez M., Vemuri M.C., Steuerwald N. et al. Self-correction of chromosomally abnormal embryos in culture and implications for stem cell production. Fertil. Steril. 2005; 84(5): 1328-34.
24. Nomura M., Iwase A., Furui K., Kitagawa T., Matsui Y., Yoshikawa M., Kikkawa F. Preferable correlation to blastocyst development and pregnancy rates with a new embryo grading system specific for day 3 embryos. J. Assist. Reprod. Genet. 2007; 24(1): 23-8.
25. Pellicer A., Rubio C., Vidal F., Mínguez Y., Giménez C., Egozcue J. et al. In vitro fertilization plus preimplantation genetic diagnosis in patients with recurrent miscarriage: an analysis of chromosome abnormalities in human preimplantation embryos. Fertil. Steril. 1999; 71(6): 1033-9.
26. Sanlaville D., Lapierre J.M., Turleau C., Coquin A., Borck G., Colleaux L. et al. Molecular karyotyping in human constitutional cytogenetics. Eur. J. Med. Genet. 2005; 48(3): 214-31.
27. Schmidt-Sarosi C., Schwartz L.B., Lublin J., Kaplan-Grazi D., Sarosi P., Perle M.A. Chromosomal analysis of early fetal losses in relation to transvaginal ultrasonographic detection of fetal heart motion after infertility. Fertil. Steril. 1998; 69(2): 274-7.
28. Schoolcraft W.B., Fragouli E., Stevens J., Munne S., Katz-Jaffe M.G., Wells D. Clinical application of comprehensive chromosomal screening at the blastocyst stage // Fertil Steril. – 2010. - Oct;94(5). – Р. 1700-6.
29. Shinawi M., Cheung S.W. The array CGH and its clinical applications. Drug Discov. Today. 2008; 13(17-18): 760-70.
30. Staessen C., Platteau P., Van Assche E., Michiels A., Tournaye H., Camus M. et al. Comparison of blastocyst transfer with or without preimplantation genetic diagnosis for aneuploidy screening in couples with advanced maternal age: a prospective randomized controlled trial. Hum. Reprod. 2004; 19(12): 2849-58.
31. Staessen C., Verpoest W., Donoso P., Haentjens P., Van der Elst J., Liebaers I., Devroey P. Preimplantation genetic screening does not improve delivery rate in women under the age of 36 following single-embryo transfer. Hum. Reprod. 2008; 23(12): 2818-25.
32. Treff N.R., Levy B., Su J., Northrop L.E., Tao X., Scott R.T. Jr. SNP microarray-based 24 chromosome aneuploidy screening is significantly more consistent than FISH. Mol. Hum. Reprod. 2010; 16(8): 583-9.
33. Verlinsky Y., Tur-Kaspa I., Cieslak J., Bernal A., Morris R., Taranissi M. et al. Preimplantation testing for chromosomal disorders improves reproductive outcome of poor-prognosis patients. Reprod. Biomed. Online. 2005; 11(2): 219-25.
34. Wilton L., Voullaire L., Sargeant P., Williamson R., Mc Bain J. Preimplantation aneuploidy screening using comparative genomic hybridization or fluorescence in situ hybridization of embryos from patients with recurrent implantation failure. Fertil. Steril. 2003; 80(4): 860-8.
Sorvacheva Mariya V., MD, PhD candidate at the V.I. Kulakov Research Center for Obstetrics, Gynecology and Perinatology under the Ministry of Health of the Russian Federation
Address: 4, Oparin st, Moscow, 117997, Russia
Cell: 8 (915) 054-19-77
Е-mail:
sorvacheva.86@mail.ru
Veyukova Mariya A., PhD in Biology, embryologist at the V.I. Kulakov Research Center for Obstetrics, Gynecology and Perinatology under the Ministry of Health of the Russian Federation
Address: 4, Oparin st, Moscow, 117997, Russia
Number: 8 (929) 976-05-27
Е-mail:
veymary@gmail.com
Abubakirov Aydar N., MD, PhD in Medicine, Head of the 1st Gynecological Department of the V.I. Kulakov Research Center for Obstetrics, Gynecology and Perinatology under the Ministry of Health of the Russian Federation
Address: 4, Oparin st, Moscow, 117997, Russia
Number: 8 (495) 438-26-22
Е-mail:
nondoc555@yahoo.com
Mishieva Nona G., MD, D.Sc in Medicine, leading researcher in the 1st Gynecological Department of the V.I. Kulakov Research Center for Obstetrics, Gynecology and Perinatology under the Ministry of Health of the Russian Federation
Address: 4, Oparin st, Moscow, 117997, Russia
Number: 8 (495) 438-26-22
E-mail:
nondoc555@mail.ru
Vinogradova Lyubov V., MD, PhD candidate at the V.I. Kulakov Research Center for Obstetrics, Gynecology and Perinatology under the Ministry of Health of the Russian Federation
Address: 4, Oparin st, Moscow, 117997, Russia
Cell: 8 (926) 349-84-15
Е-mail:
Kalugina-LV@yandex.ru
