BACKGROUND: Epigenetic genome reprogramming is an important determinant of human embryo development. However, its mechanisms remain poorly elucidated, especially in genetically unbalanced embryos.
AIM: The aim of this study is the analysis of DNA methylation and hydroxymethylation levels in trophectoderm and inner cell mass of genetically balanced and unbalanced human blastocysts.
MATERIALS AND METHODS: Twenty-two IVF-derived human blastocysts were enrolled in the study; of these blastocysts, 15 were genetically unbalanced and 7 — genetically balanced. Detection of 5-methylcytosine and 5-hydroxymethylcytosine was performed on trophectoderm and inner cell mass nuclei by indirect immunofluorescence.
RESULTS: In genetically unbalanced blastocysts, the DNA methylation level was elevated in both compartments. The DNA hydroxymethylation level, in contrast, was elevated only in inner cell mass, whereas trophectoderm cells retained the same level as in genetically balanced embryos. These changes equalized the inner cell mass and trophectoderm DNA hydroxymethylation levels in genetically unbalanced blastocysts, while in genetically balanced ones the 5-hydroxymethylcytosine content in inner cell mass lagged behind that in trophectoderm.
CONCLUSIONS: Genetic imbalance is associated with differential epigenetic changes in trophectoderm and inner cell mass cells of human blastocysts: DNA methylation level increases in both compartments while DNA hydroxymethylation level increases only in inner cell mass. The trophectoderm cells in genetically unbalanced blastocysts retain the same hydroxymethylation level as in genetically balanced ones, suggesting a possible explanation of the ability of karyotypically abnormal embryos to implant.
Актуальность. Эпигенетическое репрограммирование генома — важный фактор, определяющий успешное развитие эмбриона человека, но его механизмы изучены недостаточно, особенно при генетическом дисбалансе.
Цель — анализ уровня метилирования и гидроксиметилирования ДНК в клетках трофэктодермы и внутренней клеточной массы бластоцист человека с учетом их генетической сбалансированности.
Материалы и методы. Исследованы 22 бластоцисты человека, полученные в рамках вспомогательных репродуктивных технологий: с генетическим дисбалансом (n = 15) и без такового (n = 7). Детекцию 5-метилцитозина (5mC) и 5-гидроксиметилцитозина (5hmC) в трофэктодерме и внутренней клеточной массе осуществляли иммуноцитохимическим методом.
Результаты. При генетическом дисбалансе уровень метилирования ДНК повышается в обоих компартментах бластоцист. Уровень гидроксиметилирования ДНК, напротив, повышается только во внутренней клеточной массе, а в трофэктодерме остается таким же, как у генетически сбалансированных эмбрионов. Эти изменения приводят к тому, что у генетически несбалансированных бластоцист содержание 5hmC во внутренней клеточной массе и трофэктодерме становится одинаковым, тогда как у генетически сбалансированных эмбрионов уровень гидроксиметилирования ДНК во внутренней клеточной массе значительно ниже, чем в трофэктодерме.
Выводы. Генетический дисбаланс ассоциирован с дифференциальными изменениями эпигенетических модификаций ДНК в клетках трофэктодермы и внутренней клеточной массы бластоцист человека: увеличением уровня 5mC в обоих компартментах и 5hmC — только во внутренней клеточной массе. Сохранение в трофэктодерме при генетическом дисбалансе такого же уровня гидроксиметилирования ДНК, как у генетически сбалансированных эмбрионов, может объяснять способность к имплантации бластоцист с аномальным кариотипом.