Введение. Бесплодие диагностируется у 10–15 [%] пар, желающих иметь детей. Приблизительно в половине случаев это обусловлено снижением фертильности мужчин. Нарушение сперматогенеза нередко вызвано сбоями в течении ключевых событий профазы I мейоза – синапсиса, репарации, рекомбинации и десинапсиса гомологичных хромосом. Все эти события связаны с уникальной структурой мейотического ядра – синаптонемным комплексом. Поведение латеральных элементов синаптонемного комплекса служат парадигмой поведения хромосом в профазе мейоза и индикатором нарушений синапсиса хромосом.Цель исследования – оценка возможностей использования методов анализа распластанных ядер сперматоцитов для установления причин нарушения сперматогенеза и для оценки генетических и репродуктивных рисков использования тестикулярных сперматозоидов в программах экстракорпорального оплодотворения, использующих технологию интрацитоплазматической инъекции сперматозоида.Материалы и методы. Исследование выполнено на биоптатах яичек, полученных от инфертильных пациентов методом открытой мультифокальной тестикулярной биопсии. Суспензии клеток микробиоптатов яичек исследовали под световым микроскопом. Структуру синаптонемного комплекса в распластанных ядрах сперматоцитов изучали методом электронной микроскопии. Целевые мейотические белки (SCP3, RAD51, MLH1, γH2AX) в таких ядрах локализовали методом флуоресцентной микроскопии. Результаты. Описаны возможности светомикроскопического анализа суспензий тестикулярных клеток для оценки состояния сперматогенеза. Детально представлены особенности структурной организации полового (ХY) бивалента, лежащие в основе определения стадий профазы I мейоза в сперматоцитах человека. Описаны признаки «ареста» мейоза, нарушения архитектоники мейотических ядер, синапсиса и рекомбинации хромосом, процессов хиазмообразования и транскрипционной инактивации хроматина в сперматоцитах человека в профазе I мейоза.Заключение. Представленные результаты демонстрируют целесообразность использования методов электронно-микроскопического и иммуноцитохимического анализа распластанных ядер сперматоцитов в практикe работы репродуктивных центров. Использование этих методов важно для понимания механизмов формирования бесплодия, выявления генетических и репродуктивных рисков использования тестикулярных сперматозоидов в программах экстракорпорального оплодотворения.
Райцина С.С. Сперматогенез и структурные основы его регуляции. М.: Наука, 1985. 206 с.
Carrell D.T., De Jonge C., Lamb D.J. The genetics of male infertility: a field of study whose time is now. Arch Androl 2006;52(4):269–74.
DOI: 10.1080/01485010500503603
Курило Л.Ф., Сорокина Т.М., Черных В.Б. и др. Структура генетически обусловленных заболеваний органов половой системы у человека. Андрология и генитальная хирургия 2011;12(3):17–26.
Hamada A.J., Esteves S.C., Agarwal A. A comprehensive review of genetics and genetic testing in azoospermia. Clinics (Sao Paulo) 2013;68(1):39–60.
DOI: 10.6061/clinics/2013(Sup01)06
Sciurano R.B., Luna Hisano C.V., Rahn M. et al. Focal spermatogenesis originates in euploid germ cells in classical Klinefelter patients. Hum Reprod 2009;24(9):2353–60.
DOI: 10.1093/humrep/dep180
Черных В.Б. AZF делеции – частая генетическая причина бесплодия у мужчин: современное состояние исследований. Проблемы репродукции 2009;15(1):10–5.
Khalil A.M., Wahlestedt C. Epigenetic mechanisms of gene regulation during mammalian spermatogenesis. Epigenetics 2008;3(1):21–7.
DOI: 10.4161/epi.3.1.5555
Moses M.J. New cytogenetic studies on mammalian meiosis. In: Animal Models in Human Reproduction. Ed. by M. Serio, L. Martini. N.-Y., 1980. Pp. 169–190.
Dobson M.J., Pearlman R.E., Karaiskakis A. et al. Synaptonemal complex proteins: occurrence, epitope mapping and chromosome disjunction. J Cell Sci 1994;107(Pt10):2749–60
Heyting C. Synaptonemal complex: structure and function. Curr Opin Cell Biol 1996;8(3):389–96
Богданов Ю.Ф., Коломиец О.Л. Синаптонемный комплекс – индикатор мейоза и изменчивости хромосом. М., 2007. 358 с.
Pacheco S., Marcet-Ortega M., Lange J. et al. The ATM signaling cascade promotes recombination-dependent pachytene arrest in mouse spermatocytes. PLoS Genet 2015;11(3):e1005017.
DOI: 10.1371/journal.pgen.1005017
Zickler D., Kleckner N. Recombination, pairing, and synapsis of homologs during meiosis. Cold Spring Harb Perspect Biol 2015;7(6).pii:a016626.
DOI: 10.1101/ cshperspect.a016626
Moses M.J. Chromosomal structures in crayfish spermatocytes. J Biophys Biochem Cytol 1956;2(2):215–8
Fawcett D.W. The fine structure of chromosomes in the meiotic prophase of vertebrate spermatocytes. J Biophys Biochem Cytol 1956;2(4):403–6
King R.C. The meiotic behavior of the Drosophila oocyte. Int Rev Cytol 1970;28:125–68.
DOI: 10.1016/S0074-7696(08)62542-5
Counce S., Meyer G. Differentiation of the synaptonemal complex and the kinetochore in Locusta spermatocytes studied by whole mount electron microscopy. Chromosoma 1973;44(2):231–53
Коломиец О.Л., Aбудуев Н.К., Мазурова Т.Ф. и др. Повреждающее действие антибиотиков на структуру синаптонемных комплексов мейотических хромосом мыши. Генетика 2001;37(2):197–206
Коломиец О.Л., Ацаева М.М., Дадашев С.Я. и др. Нарушения структуры синаптонемных комплексов и селекции сперматоцитов I порядка мыши в ответ на введение лекарственных препаратов. Генетика 2013;49(11):1261–9
Turner J., Mahadevaiah S., FernandezCapetillo O. et al. Silencing of unsynased meiotic chromosomes in the mouse. Genetics 2005;37(1):41–7.
DOI: 10.1038/ng1484
Homolka D., Jansa P., Forejt J. Genetically enhanced asynapsis of autosomal chromatin promotes transcriptional dysregulation and meiotic failure. Chromosoma 2012;121(1):91–104.
DOI: 10.1007/s00412-011-0346-5
Коломиец О.Л., Мазурова Т.Ф., Богданов Ю.Ф. и др. Анализ структуры и поведения синаптонемных комплексов самцов мыши после длительного введения неоаквасепта. Генетика 1993;29(12):1982–91
Spangenberg V., Arakelyan M., Galoyan E. et al. Reticulate evolution of the rock lizards: meiotic chromosome dynamics and spermatogenesis in diploid and triploid males of the genus Darevskia. Genes (Basel) 2017;8(6).pii:E149.
DOI: 10.3390/genes8060149
Moens P.B., Earnshaw W.C. Antitopoisomerase II recognizes meiotic chromosome cores. Chromosoma 1989;98(5):317–22
Matveevsky S.N., Pavlova S.V., Atsaeva M.M. et al. Dual mechanism of chromatin remodeling in the common shrew sex trivalent (XY1Y2). Comp Cytogen 2017;11(4):727–45.
DOI: 10.3897/CompCytogen.v11i4.13870
Jamsai D., O’Bryan M.K. Mouse models in male fertility research. Asian J Androl 2011;13(1):139–51.
DOI: 10.1038/aja.2010.101
Feng C.A., Spiller C., Merriner D.J. et al. SOX30 is required for male fertility in mice. Sci Rep 2017;7(1):17619.
DOI: 10.1038/s41598-017-17854-5
Solari A.J. Synaptonemal complexes and associated structures in microspread human spermatocytes. Chromosoma 1980;81(3):315–37
Martin R.H. Meiotic errors in human oogenesis and spermatogenesis. Reprod Biomed Online 2008;16(4):523–31
Tempest H.G. Meiotic recombination errors, the origin of sperm aneuploidy and clinical recommendations. Syst Biol Reprod Med 2011;57(1–2):93–101.
DOI: 10.3109/19396368.2010.504879
De Vries M., Ramos L., de Boer P. Immunofluorescent characterization of meiotic recombination in human males with variable spermatogenesis. Andrology 2013;1(2):262–73.
DOI: 10.1111/j.2047-2927.2012.00039.x
WHO laboratory manual for the examination and processing of human semen. 5th ed. WHO Press, 2010.
Патент на изобретение № 2328736/ 10.07.2008. Бюл. № 19. Курило Л.Ф. Способ цитологической диагностики нарушения сперматогенеза. Доступно по:http://www.freepatent.ru/patents/2328736. Ссылка активна на 20.02.2018.
Sun F., Kozak G., Scott S. Variation in meiotic recombination frequencies among human males. Hum Genet 2005;116(3):172–8.
DOI: 10.1093/humrep/deh335
Tang W.H., Jiang H., Ma L.L. et al. Detection of spermatozoa in the testicular tissue of non-obstructive azoospermia patients: cell suspension examination versus histopathology. Zhonghua Nan Ke Xue 2013;19(1):68–71
Miyamoto T., Minase G., Shin T. et al. Human male infertility and its genetic causes. Reprod Med Biol 2017;16(2):81–8.
DOI: 10.1002/rmb2.12017
Gardner R.J.M., Sutherland G.R., Grant R. Chromosome Abnormalities and Genetic Counseling. 4th ed. Oxford University Press, 2011. 648 p.