Vô sinh là một vấn đề đáng quan ngại, chiếm hơn 10% dân số trong độ tuổi sinh sản. Kỹ thuật IVF ra đời và phát triển được xem là một giải pháp tối ưu cho hầu hết các cặp vợ chồng vô sinh [1]. Tuy nhiên, tỉ lệ thành công của kỹ thuật này bị giới hạn bởi rất nhiều yếu tố, một trong số đó là phôi ngưng phát triển. Chưa đến một nửa số phôi tạo ra từ IVF phát triển đến giai đoạn phôi nang và không phải tất cả phôi nang đều có khả năng làm tổ và phát triển thành em bé khoẻ mạnh. Một số nghiên cứu trên người cho thấy có khoảng 10% phôi tạo ra từ kỹ thuật IVF/ICSI ngưng phát triển ở giai đoạn phôi phân chia [2]. Phôi ngưng phân chia có tương quan đáng kể đến nguy cơ thất bại làm tổ nhiều lần. Đã có nhiều nghiên cứu đánh giá mối tương quan giữa apoptosis với việc ngưng phát triển của phôi tuy nhiên không tìm ra được sự tương quan nào. Vì vậy, một số nhóm tác giả đã tập trung nghiên cứu vào các con đường tế bào và cơ chế phân tử nổi bật tại từng giai đoạn phát triển để tìm ra mối tương quan. Sau đây là một số nguyên nhân được đánh giá là có liên quan mật thiết tới việc phôi ngưng phát triển.

Bất thường nhiễm sắc thể

Một cơ chế gây ngưng phát triển phôi được đề cập đến là sai hình nhiễm sắc thể [3]. Lệch bội ở giai đoạn phân cắt có liên quan đến việc ngưng phát triển trong khoảng thời gian kích hoạt bộ gen phôi. Thông thường, sự bất hoạt bộ gen phôi thường do bất thường ở 2 gen DUX và LEUTX. Sự hiện diện của lệch bội có thể được phát hiện thông qua PGT-A hoặc gần đây là đánh giá thông qua hệ thống theo dõi phôi liên tục time-lapse hay cfDNA trong môi trường nuôi cấy phôi. Đánh giá trên mẫu phôi sinh thiết bằng kỹ thuật FISH cho thấy có khoảng 67% phôi mang bất thường nhiễm sắc thể bao gồm lệch bội, đa bội, phôi khảm… Đánh giá trên các mẫu thực hiện sàng lọc di truyền tiền làm tổ cho thấy sai hỏng phân ly trong quá trình giảm phân làm sai hình thoi vô sắc và sai hỏng trong quá trình phân chia tế bào từ đó dẫn đến bất thường nhiễm sắc thể. Một số bằng chứng khác cho thấy kích thích buồng trứng là một trong những nguyên nhân gây bất thường nhiễm sắc thể và là nguyên nhân gián tiếp ảnh hưởng đến sự bất thường trong quá trình phát triển của phôi [4].

Các con đường phân tử liên quan đến lệch bội

Một số con đường phân tử có liên quan đến việc duy trì tính toàn vẹn của bộ gen trong đó có con đường đáp ứng với tổn thương DNA và các con đường kiểm soát sự phát triển của phôi như Wnt MAPK và Hippo [5]. Rối loạn các con đường này có thể gây ra lệch bội từ đó làm phôi ngưng phát triển. Phôi lệch bội ở người có các mức độ biểu hiện khác nhau ở các gen nguyên phân so với phôi nguyên bội, một trong số đó là các gen BUB1, BUB3, PTTG1 và TP53 [5]. Vài nghiên cứu còn cho thấy có sự hiện diện của một số con đường phân tử tương tự như trên có chức năng gây ra lệch bội ở phôi. Những nghiên cứu khác trên con đường Wnt cho thấy những sai hỏng trên một số phân tử trong đường truyền tín hiệu này cũng dẫn đến sự ngưng phân chia của phôi ở giai đoạn 4 tế bào, 8 tế bào hoặc gây thất bại làm tổ [6].

Bất thường trong phiên mã phôi giai đoạn tiền làm tổ

Bất kỳ sự sai hỏng nào diễn ra trong giai đoạn phát triển từ lúc thụ tinh đến khi làm tổ đều có thể dẫn đến việc phôi ngừng phát triển. Trong giai đoạn này, noãn thụ tinh đã trải qua một số lần phân bào và có 3 thay đổi phiên mã cũng như di truyền hình thái quan trọng và cần thiết cho việc thiết lập các giai đoạn phát triển và làm tổ tiếp theo [7]. Ba quá trình này lần lượt là sự chuyển từ giao tử của mẹ sang hợp tử (MZT), sự nén của phôi và sự phân chia của phôi bào. MZT và sự hoạt hoá bộ gen của hợp tử đóng vai trò quan trọng cho sự phát triển và hình thành tính toàn năng của phôi tuy nhiên đa phần nghiên cứu về 3 quá tình này đều được thực hiện trên mô hình động vật vì bị giới hạn bởi vấn đề đạo đức. Gần đây, một số nghiên cứu trên động vật có vú cho thấy sai hỏng trên RNA polymerase II, RNA-Seq đơn bào và một số gen đã được chứng minh là yếu tố dẫn đến việc ngưng phát triển của phôi [8]. Một số nghiên cứu khác đánh giá trên tổng sản phẩm phiên mã của phôi giai đoạn tiền làm tổ cho thấy việc giảm mức độ hoạt động của các yếu tố phiên mã cũng làm phôi ngưng phát triển. Dựa trên vai trò của các yếu tố hoạt hoá phiên mã ở phôi phát triển bình thường cho thấy sự biểu hiện của các gen tham gia vào quá trình phân chia tế bào chất cũng như phiên mã có biểu hiện khác nhau ở phôi ngừng phát triển và phôi phát triển bình thường [9].

Đột biến đơn gen

Một cơ chế khác có thể xảy ra ở phôi ngưng phát triển là đột biến đơn gen trong một số gen đóng vai trò kiểm soát quá trình phát triển giai đoạn sớm của phôi. Trong nghiên cứu của mình, Xu và cộng sự đã báo cáo về đột biến vô nghĩa đồng hợp tử trên gen PADI6 ở những phụ nữ trong cùng một phả hệ có phôi ngưng phân chia khi thực hiện IVF, kèm theo đó là sự thiếu hụt PADI6 ở noãn do giảm mức độ phosphoryl hoá RNA polymerase II [9]. Vai trò của PADI6 cũng đã được xác minh ở những nghiên cứu trên chuột. Một nghiên cứu khác của Sang và cộng sự đã phát hiện đột biến đồng hợp tử trên gen lặn WEE2 ở 4 phụ nữ có noãn thất bại thụ tinh. Các nghiên cứu chức năng cho thấy có sự giảm mức độ biểu hiện của protein WEE2 trong noãn kèm với sự phosphoryl hoá serine bất thường của WEE2 và sự giảm phosphoryl hoá Cdc2 ở tyrosine 15 [10].

Một số protein mẹ có vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định của nhiễm sắc thể và nguyên bội. Filia là một protein được biểu hiện trong quá trình phát triển của noãn. Các nghiên cứu trên động vật đã chỉ ra rằng suy giảm nguồn cung cấp protein này gây nên lệch bội, ngưng phân chia và cả sai hỏng trong sắp xếp thoi vô sắc [11].

Kết luận

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng môi trường nuôi cấy không tối ưu là nguyên nhân chính làm phôi ngưng phát triển. Tuy nhiên một số nghiên cứu gần đây lại cho thấy một số yếu tố về gen, lệch bội nhiễm sắc thể cũng như thượng di truyền cũng là nguyên nhân làm cho phôi ngừng phát triển. Trong đó, các bất thường nhiễm sắc thể được xem là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng này. Một số nghiên cứu cho rằng bất thường nhiễm sắc thể có thể được tạo ra do thao tác in vitro hoặc là hiện tượng phản ánh chính xác tình trạng sinh lý của phôi in vivo. Trong một số nghiên cứu khác, lệch bội cũng được xem là nguyên nhân gây ngưng phát triển ở phôi, nghiên cứu trên những bệnh nhân lớn tuổi cho thấy tỉ lệ phôi ngừng phân chia cao hơn đáng kể so với những bệnh nhân trẻ tuổi hơn. Ngoài ra, đột biến đơn gen cũng được xem là một trong những nguyên nhân làm phôi ngưng phát triển. Phôi ngưng phân chia và phát triển dẫn đến vô sinh là vấn đề cần được quan tâm. Hiện nay phần lớn các nghiên cứu tìm ra nguyên nhân gây ngưng phát triển ở phôi đều được thực hiện trên động vật. Do đó cần có thêm nhiều nghiên cứu thực hiện trên phôi người để đánh giá các nguyên nhân và cơ chế gây ngưng phát triển phôi một cách chính xác hơn.

Tài liệu tham khảo

[1]      S.K. Direkvand Moghadam A1, Delpisheh A2, The trend of infertility in Iran, an original review and meta-analysis, Nurs Pr. Today. 1 (2014) 46–52.
[2]      D.H. Betts, P. Madan, Permanent embryo arrest: Molecular and cellular concepts, Mol. Hum. Reprod. 14 (2008) 445–453.
[3]      M. Maurer, T. Ebner, M. Puchner, R.B. Mayer, O. Shebl, P. Oppelt, H.C. Duba, Chromosomal Aneuploidies and early embryonic developmental arrest, Int. J. Fertil. Steril. 9 (2015) 346–353.
[4]      O. Tšuiko, T. Jatsenko, L.K. Parameswaran Grace, A. Kurg, J.R. Vermeesch, F. Lanner, S. Altmäe, A. Salumets, A speculative outlook on embryonic aneuploidy: Can molecular pathways be involved?, Dev. Biol. 447 (2019) 3–13.
[5]      A. Mantzouratou, J.D.A. Delhanty, Aneuploidy in the human cleavage stage embryo., Cytogenet. Genome Res. 133 (2011) 141–148.
[6]      M. Vera-Rodriguez, S.L. Chavez, C. Rubio, R.A. Reijo Pera, C. Simon, Prediction model for aneuploidy in early human embryo development revealed by single-cell analysis, Nat. Commun. 6 (2015).
[7]      W. Cui, X. Dai, C. Marcho, Z. Han, K. Zhang, K.D. Tremblay, J. Mager, Towards Functional Annotation of the Preimplantation Transcriptome: An RNAi Screen in Mammalian Embryos, Sci. Rep. 6 (2016).
[8]      I.O. Bogolyubova, D.S. Bogolyubov, Nuclear Distribution of RNA Polymerase II and mRNA Processing Machinery in Early Mammalian Embryos, Biomed Res. Int. 2014 (2014) 681596.
[9]      Y. Xu, Y. Shi, J. Fu, M. Yu, R. Feng, Q. Sang, B. Liang, B. Chen, R. Qu, B. Li, Z. Yan, X. Mao, Y. Kuang, L. Jin, L. He, X. Sun, L. Wang, Mutations in PADI6 Cause Female Infertility Characterized by Early Embryonic Arrest, Am. J. Hum. Genet. 99 (2016) 744–752.
[10]   Q. Sang, B. Li, Y. Kuang, X. Wang, Z. Zhang, B. Chen, L. Wu, Q. Lyu, Y. Fu, Z. Yan, X. Mao, Y. Xu, J. Mu, Q. Li, L. Jin, L. He, L. Wang, Homozygous Mutations in WEE2 Cause Fertilization Failure and Female Infertility, Am. J. Hum. Genet. 102 (2018) 649–657.
[11]   P. Zheng, J. Dean, Role of Filia, maternal effect gene, in maintaining euploidy during cleavage-stage mouse embryogenesis, Proc. Natl. Acad. Sci. 106 (2009) 7473 LP – 7478.
 
 

Từ khóa: Một số cơ chế di truyền làm phôi ngưng phân chia