Почему людям так сложно завести ребёнка?

Новое исследование учёного из Центра эволюции Милнера Университета Бата предполагает, что «эгоистичные хромосомы» объясняют, почему большинство человеческих эмбрионов погибает на очень ранних стадиях. Исследование, опубликованное в PLoS Biology, объясняет, почему эмбрионы рыб развиваются нормально, а человеческие эмбрионы часто не выживают, и имеет значение для лечения бесплодия.

Около половины оплодотворённых яйцеклеток погибает очень рано, ещё до того, как мать узнаёт о беременности. Многие из тех, что выживают и становятся диагностированной беременностью, спонтанно прерываются через несколько недель. Такие выкидыши и чрезвычайно распространены, и крайне тяжелы.

Профессор Лоуренс Хёрст исследовал, почему, несмотря на сотни тысяч лет эволюции, людям всё ещё сравнительно сложно завести ребёнка.

Непосредственной причиной многих из этих ранних смертей является неправильное количество хромосом у эмбрионов. Оплодотворённая яйцеклетка должна иметь 46 хромосом: 23 от матери в яйцеклетке и 23 от отца в сперматозоиде.

Профессор Хёрст заявил: «Очень многие эмбрионы имеют неправильное число хромосом, часто 45 или 47, и почти все они погибают в утробе. Даже в случаях, подобных синдрому Дауна с тремя копиями 21-й хромосомы, около 80%, к сожалению, не доживают до срока».

Почему же тогда потеря или добавление одной хромосомы так распространены, если они столь летальны?

Хёрст собрал ряд ключевых фактов. Во-первых, когда у эмбриона неправильное число хромосом, это обычно связано с ошибками, возникающими при образовании яйцеклеток у матери, а не сперматозоидов у отца. Фактически, более 70% производимых яйцеклеток имеют неправильное число хромосом.

Во-вторых, ошибки происходят на первом из двух этапов образования яйцеклеток. Было замечено, что этот первый этап уязвим для мутаций, которые нарушают процесс, так что мутация может «эгоистично» проникнуть более чем в 50% яйцеклеток, заставляя парную хромосому уничтожаться — процесс, известный как центромерный драйв. Это хорошо изучено у мышей, давно подозревается у людей и ранее связывалось с проблемой потери или добавления хромосом.

Хёрст заметил, что у млекопитающих эгоистичная мутация, которая пытается это сделать, но терпит неудачу, приводя к яйцеклетке с одной лишней или одной недостающей хромосомой, всё равно может оказаться в эволюционном выигрыше. У млекопитающих, поскольку мать постоянно кормит развивающийся плод в утробе, эволюционно выгодно, чтобы эмбрионы из дефектных яйцеклеток погибали раньше, а не вынашивались до полного срока. Это означает, что выжившее потомство чувствует себя лучше среднего.

Хёрст объяснил: «Этот первый этап создания яйцеклеток странный. Одна хромосома из пары попадёт в яйцеклетку, другая будет уничтожена. Но если хромосома «знает», что её уничтожат, ей нечего терять, так сказать. Недавние замечательные молекулярные данные обнаружили, что когда некоторые хромосомы обнаруживают, что их вот-вот уничтожат на этом первом этапе, они меняют своё поведение, чтобы предотвратить уничтожение, что потенциально вызывает потерю или добавление хромосомы и гибель эмбриона.

Что примечательно, так это то, что если гибель эмбриона приносит пользу другому потомству этой матери, так как эгоистичная хромосома часто будет у братьев и сестёр, которые получают дополнительное питание, мутация оказывается в выигрыше, потому что убивает эмбрионы».

«У рыб и земноводных нет этой проблемы», — прокомментировал Хёрст. «Среди более чем 2000 эмбрионов рыб ни у одного не было обнаружено хромосомных ошибок от матери». Уровень у птиц также очень низок — примерно в 1/25 от уровня у млекопитающих. Это, по словам Хёрста, соответствует прогнозам, поскольку между птенцами существует конкуренция после вылупления, но не до него.

Напротив, потеря или добавление хромосом является проблемой для каждого изученного млекопитающего. Хёрст прокомментировал: «Это обратная сторона кормления нашего потомства в утробе. Если они умирают на ранней стадии, выжившие получают выгоду. Это делает нас уязвимыми для такого рода мутаций».

Хёрст подозревает, что люди могут быть особенно уязвимы. У мышей гибель эмбриона даёт ресурсы выжившим в том же помёте. Это увеличивает шансы на выживание других примерно на 10%. Однако у людей обычно рождается только один ребёнок за раз, и гибель эмбриона на ранней стадии позволяет матери быстро воспроизвестись снова — она, вероятно, даже никогда не знала, что её яйцеклетка была оплодотворена.

Предварительные данные показывают, что у млекопитающих, таких как коровы, с одним эмбрионом за раз, по-видимому, особенно высокий уровень гибели эмбрионов из-за хромосомных ошибок, в то время как у тех, у кого много эмбрионов в помёте, например, у мышей и свиней, уровень несколько ниже.

Исследование Хёрста также предполагает, что низкий уровень белка под названием Bub1 может вызывать потерю или добавление хромосомы как у людей, так и у мышей.

Хёрст сказал: «Уровень Bub1 снижается по мере взросления матерей, и по мере этого растёт уровень хромосомных проблем у эмбрионов. Выявление этих белков-супрессоров и повышение их уровня у матерей старшего возраста могло бы восстановить фертильность.

Я также надеюсь, что эти идеи станут одним из шагов к помощи тем женщинам, которые испытывают трудности с зачатием или страдают от повторяющихся выкидышей».