Molekulyarnaya Meditsina (Molecular medicine)Molekulyarnaya Meditsina (Molecular medicine)Молекулярная медицина1728-29182499-9490Russkiy Vrach Publishing House11332310.29296/24999490-2020-05-07ArticlesСтатьиResearch ArticlePrediction of the blastulation onset in one day behind embryos by the expression profile of small non-coding RNAsПрогнозирование наступления бластуляции у отстающих в развитии эмбрионов по профилю экспрессии малых некодирующих РНКDrapkinaYu. SДрапкинаЮ. Сjulia.drapkina@gmail.comTimofeevaA. VТимофееваА. В

кандидат биологических наук

ChagovetsV. VЧаговецВ. В

кандидат физико-математических наук

MakarovaN. PМакароваН. П

доктор медицинских наук

FrolovaA. MФроловаА. МKalininaE. AКалининаЕ. А

доктор медицинских наук, профессор

Kulakov National Medical Research Center of Obstetrics, Gynecology and PerinatologyФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр акушерства, гинекологии и перинатологии им. академика В.И. Кулакова» Минздрава России15052020185VOL 18, NO5 (2020)ТОМ 18, №5 (2020)465218112022Copyright ©; 2020, Russkiy Vrach Publishing HouseCopyright ©; 2020, ИД "Русский врач"2020Russkiy Vrach Publishing HouseИД "Русский врач"https://journals.eco-vector.com/1728-2918/article/view/113323

Introduction. Successful embryonic development immediately after fertilization depends on the maternal messenger RNAs (mRNAs) destruction and zygotic genome transcription activation during maternal to zygotic transition (MZT). Key regulators of MZP are small noncoding RNAs (sncRNAs) - microRNAs and piwiRNAs. These molecules can be identified in embryo culture medium and used as a marker of embryo quality, blastulation ability, as well as its implantation potential. The aim this study. To analyze blastulation rate in embryos, which are one day behind in developmenT., according to microRNAs and piwiRNAs expression profile in their culture medium. Methods. The RT-PCR method was used for the quantitative analysis of microRNAs and piwiRNAs in 22 samples of embryo culture media obtained on day 4 after fertilization. Embryos included were one day behind in development and were at the 8-cells stage. The samples were divided into three groups according to morphological and functional characteristics of the embryos on day 6: group I - average/ excellent blastocysts (1 - 4AA, 1 - 4BB, 1 - 6BB, 1 - 3AA, 1 - 3BB), group II - poor quality blastocysts (3 - 4СС, 4 - 3СС, 1 - 2СС, 1 - 3ВС, and 1 - 4СВ) and group III - degraded embryos (7). Results. The culture media from embryos which degrade or become poor quality blastocysts on day 6 has almost the same level of microRNA let-7i-5p, but microRNA let-7i-5p expression level is statistically significantly higher in culture medium of the embryos which are capable to develop into average/excellent quality blastocyst. In culture media of embryos which develop into average/excellent quality blastocysT., the level of microRNA let-7b-5p and piwiRNA piR020401 is also statistically significantly higher then in culture media of degraded embryos and embryos which developed into bad quality blastocysts. Conclusion. The data obtained confirm the level of microRNA let-7b-5p, microRNA let-7i-5p and piwiRNA piR020401 to show embryo quality and development potential. Assessment of their expression level can be used for diagnostic and prognostic purposes in selecting the best quality embryo.

Введение. Успешное эмбриональное развитие сразу после оплодотворения зависит от координированной реализации программ по уничтожению материнских матричных РНК (мРНК) и активации транскрипции эмбрионального генома на этапе материнско-зиготического перехода (МЗП), ключевыми регуляторами которого являются малые некодирующие РНК (мнкРНК) - микроРНК и пивиРНК. Данные молекулы могут быть определены в культуральной среде эмбриона и использованы в качестве маркера качества эмбриона, его способности к бластуляции, а также имплантационного потенциала. Цель исследования. Проанализировать способность эмбриона, отстающего в развитии на 1 сутки, к бластуляции в зависимости от уровня экспрессии микроРНК и пивиРНК в среде его культивирования. Методы. Применен метод с обратной транскрипцией (полимеразной цепной реакцией) для количественного анализа микроРНК и пивиРНК в 22 образцах культуральной среды на 4-е сутки после оплодотворения эмбриона, отстающего в развитии и находящегося на стадии 8 клеток. Разделение образцов на 3 группы выполнено в соответствии с морфофункциональной характеристикой эмбриона на 6-е сутки: 1-я - бластоцисты среднего/отличного качества (1 - 4АА, 1 - 4ВВ, 1 - 6ВВ, 1 - 3АА, 1 - 3ВВ), 2-я - бластоцисты плохого качества (3 - 4СС, 4 - 3СС, 1 - 2СС, 1 - 3ВС и 1 - 4СВ) и 3-я - эмбрионы, которые дегенерировали (7). Результаты. Культуральная среда эмбриона с последующей деградацией или превращением в бластоцисту плохого качества содержит практически одинаковое количество микроРНК let-7i-5p, но в среде культивирования эмбриона, способного достичь стадии бластоцисты среднего/отличного качества, содержание let-7i-5p было статистически достоверно выше. В среде культивирования эмбрионов, превратившихся в бластоцисту среднего/отличного качества, также статистически достоверно повышен уровень экспрессии микроРНК let-7b-5p и пивиРНК piR020401 по сравнению со средой культивирования эмбрионов, которые дегенерировали или превратились в бластоцисту плохого качества. Заключение. Полученные данные подтверждают, что содержание микроРНК let-7b-5p, микроРНК let-7i-5p и пивиРНК piR020401 в культуральной среде эмбриона является показателем качества и потенциала развития эмбриона, и оценка уровня экспрессии данных молекул может быть использована в диагностических и прогностических целях при отборе наиболее качественного эмбриона.

ARTculture mediumembryomicroRNAspiwiRNAspregnancyВРТкультуральная средаэмбрионмикроРНКпивиРНКбеременностьGardner D., Balaban B. Assessment of human embryo development using morphological criteria in an era of time-lapse, algorithms and 'OMICS': is looking good still important? Mol. Hum. Reprod. 2016; 22 (10): 704-18. https://doi.org/10.1093/molehr/gaw057Blake D., Farquhar C., Johnson N., Proctor M. Cleavage stage versus blastocyst stage embryo transfer in assisted reproductive technology. Cochrane Database Syst. Rev. 2016; 30 (6): CD002118. https://doi.org/10.1002/14651858.CD002118.pub5Papanikolaou E., Kolibianakis E., Tournaye H., Venetis C., Fatemi H., Tarlatzis B., Devroey P Live birth rates after transfer of equal number of blastocysts or cleavage-stage embryos in IVF A systematic review and meta-analysis. Hum. Reprod. 2008; 23 (1): 91-9. https://doi.org/10.1093/humrep/dem339Kang S., Lee S., Jeong H., Yoon S., Koh M., Lim J., and Lee S. Clinical outcomes of elective single morula embryo transfer versus elective single blastocyst embryo transfer in IVF-ET. J. Assist. Reprod. Genet. 2012; 29 (5): 423-8. https://doi.org/10.1007/s10815-012-9736-8De Vos A., Van Landuyt L., Santos-Ribeiro S., Camus M., Van de Velde H., Tournaye H., Verheyen G. Cumulative live birth rates after fresh and vitrified cleavage-stage versus blastocyst-stage embryo transfer in the first treatment cycle. Hum. Reprod. 2016; 31 (11): 2442-9. https://doi.org/10.1093/humrep/dew219Haas J., Meriano J., Bassil R., Barzilay E., Zilberberg E., Casper R. Developmental potential of slow-developing embryos: day-5 morulae compared with day-5 cavitating morulae. Fertil. Steril. 2019; 111 (1): 105-11. https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2018.08.053.Тимофеева А.В., Калинина Е.А., Драпкина Ю.С., Чаговец В.В., Макарова Н.П., Сухих Г.Т. Оценка качества эмбриона по профилю экспрессии малых некодирующих РНК в культуральной среде эмбриона в программах вспомогательных репродуктивных технологий. Акушерство и гинекология. 2019; 6: 79-86. https://dx.doi.org/10.18565/aig.2019.6.79-86Драпкина Ю.С., Тимофеева А.В., Чаговец В.В., Кононихин А.С., Франкевич В.Е., Калинина Е.А. Применение омиксных технологий в решении проблем репродуктивной медицины. Акушерство и гинекология. 2018; 9: 24-32. https://dx.doi.org/10.18565/aig.2018.9.24-32Chua J., Armugam A., Jeyaseelan K. Micro-RNAs: biogenesis, function and applications. Curr. Opin. Mol. Ther. 2009; 11 (2): 189-99.Timofeeva A., Chagovets V., Drapkina Y., Makarova N., Kalinina E., Sukhikh G. Cell-Free, Embryo-Specific sncRNA as a Molecular Biological Bridge between Patient Fertility and IVF Efficiency Int. J. Mol. Sci. 2019; 20 (12). https://doi.org/10.3390/ijms20122912Siomi M., Sato K., Pezic D., Aravin A. PIWI-inter-acting small RNAs: the vanguard of genome defence. Nat. Rev Mol. Cell. Biol. 2011; 12 (4): 246-58. https://doi.org/10.1038/nrm3089Giraldez A., Mishima Y., Rihel J., Grocock R., Van Dongen S., Inoue K., Enright A., Schier A. Zebrafish MiR-430 promotes deadenylation and clearance of maternal mRNAs. Science. 2006; 312 (5770): 75-9. https://doi. org/10.1126/science.1122689Svoboda P., Flemr M. The role of miRNAs and endogenous siRNAs in maternal-to-zygotic reprogramming and the establishment of pluripotency EMBO Rep. 2010; 11 (8): 590-7. https://doi.org/10.1038/embor.2010.102Han B., Wang W., Li C., Weng Z., Zamore P. PiRNA-guided transposon cleavage initiates Zucchinidependen T., phased piRNA production. Science. 2015; 6236: 817-21. https://doi.org/10.1126/science.aaa1264Liying Y., Mingyu Y., Hongshan G., Lu Y., Jun W., Rong L., Ping L., Ying L., Xiaoying Z., Jie Y., Jin H., Ming L., Xinglong W., Lu W., Kaiqin L., Ruiqiang L., Jie Q., Fuchou T. Single-cell RNA-Seq profiling of human preimplantation embryos and embryonic stem cells. Nat. Struct. Mol. Biol. 2013; 20 (9): 1131-9. https://doi.org/10.1038/nsmb.2660.Alpha Scientists in Reproductive Medicine and ESHRE Special Interest Group of Embryology The Istanbul consensus workshop on embryo assessment: proceedings of an expert meeting. Hum. Reprod. 2011; 26 (6): 1270-83. https://doi.org/10.1093/humrep/ der037.R Core Team. A language and environment for statistical computing. Sci. Rep. 2017; 7: 17598. https://doi.org/10.1038/s41598-017-16810-7RStudio Team. RStudio: Integrated Development for R. RStudio, Inc., Boston, MA URL. http://www.rstudio.com/Schier A. The Maternal-Zygotic Transition: Death and Birth of RNAs. Science. 2007; 316 (5823): 406-7. https://doi.org/10.1126/science.1140693Yuan S., Schuster A., Tang C., Yu T., Ortogero N., Bao J., Zheng H., Yan W. Sperm-borne miRNAs and endosiRNAs are important for fertilization and preimplantation embryonic development. Development. 2016; 143 (4): 635-47. https://doi.org/10.1242/dev131755