Andrologie Soňa Kloudová sona.kloudova@med.muni.cz 7.5.2024 • Epigenetika –obor genetiky, který studuje změny v genové expresi beze změn v nukleotidové sekvenci DNA, tyto změny mohou být děděny (mitóza, meióza). • Epigenetické mechanismy mohou ovlivnit fenotyp, aniž by měnily genotyp. • Změny zahrnují interakce mezi DNA a různými regulačními proteiny (regulace replikaci a při procesech genové exprese v různých fázích během vývoje organismu ), uplatňují se před i po transkripci, před i po translaci, může se jednat například o metylaci DNA nebo o acetylaci histonů. • Typickou ukázkou epigenetických změn je inaktivace chromozomu X, nebo genový imprinting (aktivita genu je omezena na jeden chromozom v závislosti na tom, zda byl zděděn od otce i od matky). • Každý typ buňky má specifický epigenetický podpis odrážející vývojovou historii a environmentální účinky ve fenotypu buňky a organismu Epigenetické změny ve spermiích • Rozsáhlé epigenetické modifikace během diferenciace; epigenetické mechanismy jsou podstatnými regulátory spermiogeneze • DNA metylace, modifikace histonů a remodelace chromatinu – podstatné regulátory spermatogeneze • DNA hypermetylace – genový silencing, metylace DNA bývá zesílená v oblastech bohaných na CG, u histonů a u repetitivních oblastí DNA • DNA hypometylace –asociace s expresí genů (u spermií jsou typicky vysoce hypometylované promotory vývojových genů) • Správná metylace je klíčová pro vývoj embrya • Modifikace hisotnů- chemické modifikace → změna vazebné kapacity histonů a přístupnosti regulačních faktorů k DNA → změna exprese DNA - fosforylace, metylace, acetylace, ubiquitinace (primárně modifikují lysinová a serinová residua na řetězcích histonů) • < než 15% DNA vázané na histony • Běžné somatické histony a histony specifické pro varlata; H2B – nejvíce zastoupený histon v maturovaných spermiích • Náhrada histonů protaminy- hyperacetylace histonů- ztráta sktruktury chromatinu, usnadnění vzniku zlomů DNA (účinkem topoizomerázy) → histony jsou nahrazeny tranzitními proteiny → náhrada protaminy → kompaktace DNA spermií • Epigenetický podpis spermií – profil metylace DNA, proteiny asociované s DNA, poměr protaminu 1:protaminu 2, vzor rozložení nukleozomů, postranslační modifikace histonů, uložená RNA, nehistonové a neprotaminové proteiny • Vliv stresorů životního prostředí a životního stylu –modifikace histonů, exprese sRNA (tRNAm miRNA a piRNA) • Plasticita, vliv podmínek prostředí – epigenom spermií je dynamicky reaktivní - životní styl otce včetně fyzické aktivity, expozice nebezpečnám látkám → změny epigenomu, vliv na zdraví dětí; transgenerační účinek epigenomu • Epigeneticky zprostředkované účinky mužské stravy na kvalitu spermií- fytochemikále, minerály, vitamíny –nutriční podpora pro muže při snížené plodnosti • Vývoj mužských zárodečných buněk – odlišné fáze s ohledem na časové okno náchylnosti k epigenetickým změnám → změny u potomků a jejich fenotypů • Funkční důsledek, vliv na embryogenezi a na fenotyp příští generace neznámý • Vyšší věk muže je asociován s delší dobou nutnou k otěhotnění a se sníženou pravděpodobností dosažení těhotenství • Vyšší riziko neuropsychiatrických onemocnění • Byl prokázán epigenetický vliv procesu stárnutí • Model predikce věku • Somatické buňky: s věkem obecně ztráta metylace DNA; v regionech DNA měnících se s věkem dohází ke zvýšení metylace • Spermie: s věkem se metylace DNA zvyšuje, sklon ke ztrátě metylace v regionech DNA ovlivněných stárnutím • Existují studie potvrzující spojitost mezi metylaci zárodečných buněk otce a rozvojem autismu u 3 letých dětí (Jenkins et al., 2018) (Donkin a Barrés, 2018) • Předpokládá se, že ke změnám metylace DNA dochází výhradně před ejakulací, ale enzymy modifikujících metylaci DNA se nacházejí i ve zralých spermiích… • sRNA může být dodávána spermiím okolními somatickými buňkami… • Možnost epigenetické modifikace zralých spermií vlivem faktorů semenné plazmy nebo buňkami ženského genitálního traktu ? • Předpokládá se, že spermie nejsou pouze nosiči genetické informace, ale i epigenetických regulátorů, které by mohly napomáhat adaptaci potomstva na zátěž prostředí • Předpokládá se, že ne všechny epigenetické modifikace jsou při procesu oplození vymazány Separace X a Y spermií • Nejčastěji se sortuje po označení DNA a změření jejího obsahu (je diskutabilní využití pro léčbu člověka)- metoda Microsort, značení pomocí Hoechst 33258, účinná v 93 % pro ženské a v 82% pro mužské pohlaví, klinické studie ukazují, že se jedná o bezpečnou metodu, nicméně vyvolává obavy ohledně vzniku mutací a jsou s ní spojena etická dilemata, plošně se nevyužívá • Ericsonova metoda (1973): spermie nesoucí chromozom Y se pohybují tekutinou rychleji než spermie nesoucí chromozom X ( viskózní médium na bázi albuminu) – 72-75% účinná pro selekci mužského pohlaví Andrologická laboratoř • Identifikace pacienta, důsledné značení vzorků, prevence záměny (kontrolní mechanismy, práce vždy pouze s jedním vzorkem) • Matcher systémy (RFID nebo bar kódy/QR kódy), nebo kombinace • Vysoké hygienické standardy –ochranné pomůcky, sanace plochy a pomůcek po každém pacientovi • Tkáňová legislativa – zpracování pro použití k léčbě – IUI, IVF, kryo spermií • LIS (NIS), management kvality (aktuální dokumenty), uchování dat (elektronické, papírové) Vyšetření ejakulátu – interpretace • Důležité je zjistit vstupní informace: - Pohlavní abstinence (počítá se i poluce) - Prodělané nemoci a užívané léky v posledních 3 měsích - Chronická onemocnění a léky - Odběr do vhodné nádobky - Expozice chemikáliím, ionizujícímu / neionizujícímu záření - Nezdařený odběr –chybí „split“ ejakulát - Příušnice v dětství, anabolické steroidy, nádorová onemocnění, absolvovaná léčba - Opakování spermiogramu (min 2-3x) Domácí vyšetření ejakulátu • často hodnotí pouze některý z parametrů, není kladen důraz na důkladnou homogenizaci vzorku → nepřesné, nevypovídající, zavádějící koncentrace, motilita koncentrace • ExSeed uses advanced fertility technology to track your sperm volume, motility, and concentration — all on your smartphone. No need to send anything away! • https://www.youtube.com/watch?v=XIQuv 8GTI48