Κατάτμηση ή κατακερματισμός DNA σπέρματος: Όλα όσα πρέπει να γνωρίζουμε της Δρ. Εύη Βογιατζή, Γενετίστρια-Εμβρυολόγος
Η ακεραιότητα του DNA των σπερματοζωαρίων (DNA σπέρματος) είναι ζωτικής σημασίας για τη γονιμοποίηση και την ανάπτυξη υγιών απογόνων, ενώ επηρεάζει εξίσου τη φυσική και την υποβοηθούμενη αναπαραγωγή.
Κάθε σπερματοζωάριο κατά τα τελικά στάδια της σπερματογένεσης υφίσταται εκτεταμένη μοριακή αναδιαμόρφωση του πυρήνα του, ώστε να συμπιεστεί και να προστατευτεί το γενετικό του υλικό. Πιθανή αποτυχία των κυτταρικών μηχανισμών κατά την ωρίμανση των σπερματοζωαρίων, καθώς και το οξειδωτικό στρες στο περιβάλλον της σπερματογένεσης μπορεί να προκαλέσει θραύσεις στη μία ή και στις δύο αλυσίδες DNA των σπερματοζωαρίων. Η παρουσία θραύσεων στις αλυσίδες DNA του γενετικού υλικού που φέρουν τα σπερματοζωάρια ονομάζεται κατάτμηση ή κατακερματισμός DNA σπέρματος και μπορεί να επιφέρει χρωμοσωμικές αλλοιώσεις και αστάθεια του γονιδιώματος.
Πιο συγκεκριμένα, τρείς είναι οι κύριοι μηχανισμοί που προκαλούν κατάτμηση στο DNA του σπέρματος και αυτοί είναι (1) η αποτυχία του προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου με αποτέλεσμα σπερματοζωάρια με κατακερματισμένο DNA να απελευθερώνονται κατά την εκσπερμάτιση, (2) η ελαττωματική ωρίμανση της χρωματίνης κατά την οποία δεν επισκευάζονται πιθανές εγκοπές στο DNA των σπερματοζωαρίων πριν τη συμπύκνωση καθιστώντας το γενετικό υλικό πιο επιρρεπές σε εξωγενείς παράγοντες και (3) η αυξημένη παραγωγή δραστικών μορφών οξυγόνου που επιδρά άμεσα στην ποιότητα της χρωματίνης προκαλώντας θραύσεις στο DNA.
Η κατάτμηση στο γενετικό υλικό του σπέρματος επηρεάζει όλα τα στάδια της ανθρώπινης αναπαραγωγής. Συγκεκριμένα έχει διαπιστωθεί άμεση σχέση μεταξύ της βλάβης του DNA του σπέρματος και της ανδρικής υπογονιμότητας με τη μετα-ανάλυση των έως τώρα δημοσιευμένων δεδομένων να υποδεικνύουν ότι τα αυξημένα επίπεδα κατάτμησης (>20%) είναι προγνωστικά της ανδρικής υπογονιμότητας με αυξημένη ευαισθησία (79%) και ειδικότητα (86%) του αποτελέσματος (Santi et al., 2018). Έχει επίσης διαπιστωθεί ότι οι άνδρες με ανεξήγητη υπογονιμότητα έχουν αυξημένα επίπεδα κατάτμησης DNA σε σχέση με τα επίπεδα των γόνιμων ανδρών και ότι 1 στους 4 άνδρες με ανεξήγητη υπογονιμότητα έχει ποσοστό κατάτμησης DNA στο σπέρμα μεγαλύτερο του 20%. Επιπρόσθετα, έχουν παρουσιαστεί δεδομένα που υποδεικνύον ότι οι άνδρες με ολιγοασθενοτερατοζωοσπερμία έχουν σημαντικά υψηλότερα ποσοστά κατάτμησης DNA σε σχέση με άνδρες που είχαν φυσιολογικό αριθμό σπερματοζωαρίων, κινητικότητα και μορφολογία στο σπερμοδιάγραμμα.
Διαφορετικές μετα-αναλύσεις των υπαρχόντων δεδομένων από ποιοτικές μελέτες παρέχουν σαφή στοιχεία ως προς την επίδραση της κατάτμησης DNA σπέρματος στα αναπαραγωγικά αποτελέσματα είτε μέσω φυσικής σύλληψης είτε μέσω υποβοηθούμενης αναπαραγωγής με την οδό της σπερματέγχυσης ή εξωσωματικής γονιμοποίησης. Σύμφωνα με αυτά τα μεταδεδομένα, τα αυξημένα ποσοστά κατάτμησης DNA στο σπέρμα (1) μειώνουν την πιθανότητα φυσικής σύλληψης, (2) μειώνουν την πιθανότητα εγκυμοσύνης και γέννησης με τη διαδικασία της σπερματέγχυσης (3) μειώνουν τα ποσοστά γονιμοποίησης, εμφύτευσης και εγκυμοσύνης αλλά και επιδρούν αρνητικά στην ποιότητα του εμβρύου κατά τις διαδικασίες της συμβατικής γονιμοποίησης in vitro (IVF), (4) επιδρούν αρνητικά στην ποιότητα των εμβρύων που προέρχονται από μικρογονιμοποίηση (ICSI) και (5) σχετίζονται με μεγαλύτερο κίνδυνο αποβολής ή καθ’έξιν αποβολών είτε μετά από φυσική σύλληψη είτε μετά από υποβοήθηση (IVF και ICSI). Σημαντικό είναι να αναφερθεί ότι τα βιβλιογραφικά στοιχεία που προκύπτουν έχουν αναφέρει ότι η κατάτμηση DNA στο σπέρμα εκτός από το αρνητικό αντίκτυπο στην εμβρυϊκή ανάπτυξη μπορεί να επιδρά και στην υγεία και την ευημερία των απογόνων (Aitken RJ, 2017).
Παράγοντες κινδύνου
Αρκετοί κλινικοί και περιβαλλοντικοί παράγοντες μπορούν να επιδράσουν αρνητικά στην ακεραιότητα του DNA των σπερματοζωαρίων. Μελέτες έχουν αναδείξει ότι οξειδωτικό στρες που προκαλείται από την ανισορροπία μεταξύ της παραγωγής των αντιδραστικών μορφών οξυγόνου και της συνολικής αντιοξειδωτικής ικανότητας του σπέρματος προκαλεί θραύσεις στο γενετικό υλικό του σπέρματος και μπορεί να οφείλεται σε ενδογενείς αλλά και εξωγενείς παράγοντες.
Οι παράγοντες του τρόπου ζωής, όπως το κάπνισμα, το αλκοόλ, η μη-ισορροπημένη διατροφή, η έκθεση σε τοξικές ουσίες, χημικά και ακτινοβολία μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τη γενετική ακεραιότητα του σπέρματος. Οι άνδρες με κιρσοκήλη έχουν σημαντικά υψηλότερα επίπεδα κατάτμησης DNA στο σπέρμα, ενώ παρατηρείται αύξηση της θερμοκρασίας στο όσχεο κατά 2-4 οC ενώ παράλληλά εισάγεται οξειδωτικό στρες στη διαδικασία της σπερματογένεσης, μέσω των διαδικασιών απόπτωσης και αντίστοιχα των πρωτεϊνών που εκκρίνονται. Η παχυσαρκία είναι ακόμη ένας παράγοντας που προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας του οσχέου και πράγματι ένα πολύ αυξημένο σωματικό βάρος μπορεί να συντελεί σε φτωχότερα αναπαραγωγικά αποτελέσματα.
Οι λοιμώξεις και οι φλεγμονές του ουρογεννητικού συστήματος μπορεί επίσης να ενεργοποιήσουν την αύξηση των αντιδραστικών μορφών οξυγόνου και να οδηγήσουν σε οξειδωτικό στρες μέσω της ενεργοποίησης των λευκών αιμοσφαιρίων. Η γήρανση του άνδρα είναι ένας επιπρόσθετος παράγοντας επιρροής της ποιότητας του γενετικού υλικού των σπερματοζωαρίων, καθότι οι προοδευτικά μεγαλύτερες ηλικίες ανδρών εμφανίζουν σωρευτική έκθεση σε οξειδωτικό στρες και μειωμένη αντιοξειδωτική ικανότητα, κάτι που έχει επιβεβαιωθεί και με επιστημονικά στοιχεία, καθότι παρατηρείται αυξημένο ποσοστό κατάτμησης DNA στο σπέρμα ανδρών μεγαλύτερης ηλικίας.
Ενδείξεις και μέθοδοι εκτίμησης της κατάτμησης DNA στο σπέρμα
Στη πιο πρόσφατη έκδοση του εργαστηριακού εγχειρίδιου για την εξέταση σπέρματος του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας (2021) επισημαίνεται ότι η κατάτμηση DNA αντιπροσωπεύει μια σημαντική προσθήκη στην εκτίμηση της ανδρικής γονιμότητας και αποτελεί έναν πολλά υποσχόμενο βιοδείκτη στην κλινική ανδρολογία. Ο Ευρωπαϊκός Σύλλογος Ανθρώπινης Αναπαραγωγής και Εμβρυολογίας (ESHRE) σε σχετική οδηγία του συστήνει την εκτίμηση της κατάτμησης DNA σπέρματος σε περιπτώσεις καθ’έξιν αποβολών, ενώ η Ευρωπαϊκή Ένωση Ουρολογίας (EAU) προτείνει επιπρόσθετα η εξέταση να πραγματοποιείται και σε άνδρες με ανεξήγητη υπογονιμότητα. Η Ευρωπαϊκή Ακαδημία Ανδρολογίας (ΕΑΑ) έχει προτείνει τη συμπερίληψη της κατάτμησης DNA στις βασικές εξετάσεις των ανδρών με ολιγοασθενοτερατοζωοσπερμία πριν την εφαρμογή πρωτόκολλων υποβοήθησης της αναπαραγωγής.
Η εκτίμηση του ποσοστού κατάτμησης DNA στο σπέρμα πραγματοποιείται με άμεσες (TUNEL, Comet) ή έμμεσες (SCSA, SCD) δοκιμασίες που ενώ μπορεί να αποδίδουν διαφορετικά αποτελέσματα, συσχετίζονται όμως καλά μεταξύ τους ως προς τις ενδείξεις παρουσίας βλαβών (Esteves et al.,2021). Παρότι δεν έχει καθοριστεί μέχρι σήμερα ένα ενιαίο κατώφλι αναφοράς για το ποσοστό κατάτμησης DNA στο σπέρμα, μια σημαντική μελέτη από τον Esteves και τους συνεργάτες του (2021), εκτιμά ότι οι τιμές 20–30% φαίνεται να συσχετίζονται με ανεπιθύμητα αναπαραγωγικά αποτελέσματα, είτε μέσω φυσικής σύλληψης, είτε μέσω υποβοηθούμενης αναπαραγωγής, ενώ μια πρόσφατη ανασκόπηση από τους Agarwal et al. (2022) και μια πρότερη μετα-ανάλυση των Santi et al. (2018) προτείνει ένα όριο της τάξης του 20% για τη διάκριση μεταξύ γόνιμων και υπογόνιμων ανδρών.
Τρόποι μείωσης του ποσοστού κατάτμησης DNA στο σπέρμα
Υπάρχουν διαφορετικές στρατηγικές για τη μείωση της κατάτμησης DNA στο σπέρμα και αυτές διαφοροποιούνται ανάλογα με τον υποκείμενο παράγοντα που επηρεάζει την ποιότητα του γενετικού των σπερματοζωαρίων. Οι παράγοντες υψηλού κινδύνου, όπως το κάπνισμα, η κατανάλωση αλκοόλ, η έκθεση σε χημικούς παράγοντες και άλλα βλαπτικά στοιχεία θα πρέπει να περιορίζονται, όπως και οι παράγοντες που οδηγούν σε αύξηση της θερμοκρασίας στο όσχεο. Συγκεκριμένα, η διακοπή επιβλαβών εκθέσεων και η απώλεια βάρους έχει μελετηθεί και έχει διαπιστωθεί ότι δρα καθοριστικά ως προς τη μείωση του μέσου ποσοστού κατάτμησης DNA στο σπέρμα. Η διόρθωση της κιρσοκήλης έχει προσφέρει σημαντικά στοιχεία για την πιθανότητα βελτιωμένων αναπαραγωγικών αποτελεσμάτων με μια πρόσφατη μετα-ανάλυση των Qui et al. (2021), να αναφέρει σημαντική αύξηση στα ποσοστά εγκυμοσύνης και γέννησης μετά από διόρθωση της κιρσοκήλης και υποβοήθηση της αναπαραγωγής με μικρογονιμοποίηση.
Η χορήγηση αντιοξειδωτικών έχει αποδειχθεί ωφέλιμη ως προς την εξισορρόπηση του οξειδοαναγωγικού δυναμικού στο σπέρμα και στη βελτίωση της γενετικής ακεραιότητας του DNA των σπερματοζωαρίων, όμως πρέπει να συνοδεύεται από ιατρική και εργαστηριακή παρακολούθηση καθότι η υπερέκθεση σε αντιοξειδωτικούς παράγοντες λόγω υπερβολικής ή αδικαιολόγητης χρήσης μπορεί να προκαλέσει αναγωγικό στρες το οποία επιδρά εξίσου αρνητικά στην ποιότητα του DNA στα σπερματοζωάρια. Το αναγωγικό στρες εμποδίζει τη φυσιολογική ωρίμανση των σπερματοζωαρίων αποτρέποντας την επαρκή συμπύκνωση του γενετικού υλικού στο πυρήνα και καθιστώντας το πιο επιρρεπές σε βλάβες.
Επιπρόσθετα η μείωση του χρόνου αποχής από την εκσπερμάτιση έχει συσχετισθεί με χαμηλότερα επίπεδα κατάτμησης DNA ενώ σε επιλεγμένα πρωτόκολλα υποβοήθησης της αναπαραγωγής έχει διαπιστωθεί βελτίωση των κλινικών αποτελεσμάτων με τη λήψη και χρήση δεύτερου δείγματος εκσπερμάτισης σε διάστημα 1-3 ωρών. Τέλος, σε περιπτώσεις όπου ακολουθείται ιατρική υποβοήθηση της αναπαραγωγής, χωρίς να υπάρχει βελτίωση του ποσοστού κατάτμησης DNA με τις προαναφερόμενες προσεγγίσεις, δίδεται συχνά η δυνατότητα επιλογής σπέρματος μέσω προηγμένης διαλογής πριν τη γονιμοποίηση είτε μέσω εξειδικευμένων μορφολογικών κριτηρίων (απουσία κενοτόπιων) ή λειτουργικών κριτηρίων (ικανότητα πρόσδεσης σε υαλουρονικό οξύ) κατά τη μικρογονιμοποίηση, μέθοδοι που παρότι δεν υποκαθιστούν την ολιστική βελτίωση του δείγματος, παρέχουν βελτιωμένα κλινικά αποτελέσματα με μεγαλύτερη πιθανότητα επιλογής σπερματοζωαρίων με ακέραιο DNA.
- Santi D, Spaggiari G, Simoni M. Sperm DNA fragmentation index as a promising predictive tool for male infertility diagnosis and treatment management – meta-analyses. Reprod Biomed Online 2018;37:315-26.
- Aitken RJ. DNA damage in human spermatozoa; important contributor to mutagenesis in the offspring. TranslAndrolUrol 2017;6(Suppl 4):S761-4).
- Esteves SC, Zini A, Coward RM, Evenson DP, Gosálvez J, LewisSEM, etal. Sperm DNA fragmentation testing: summary evidence and clinical practice recommendations. Andrologia 2021;53:e13874.
- Agarwal A, Farkouh A, Parekh N, Zini A, Arafa M, Kandil H, Tadros N, Busetto GM, Ambar R, Parekattil S, Boitrelle F, Sallam H, Jindal S, Ko E, Simopoulou M, Park HJ, Sadighi MA, Saleh R, Ramsay J, Martinez M, Elbardisi H, Alvarez J, Colpi G, Gosalvez J, Evenson D, Shah R. Sperm DNA Fragmentation: A Critical Assessment of Clinical Practice Guidelines. World J Mens Health. 2022 Jan;40(1):30-37.
- Qiu D, Shi Q, Pan L. Efficacy of varicocelectomy for sperm DNA integrity improvement: A meta-analysis. Andrologia 2021;53:e13885.
- Farkouh A, Salvio G, Kuroda S, Saleh R, Vogiatzi P, Agarwal A. Sperm DNA integrity and male infertility: a narrative review and guide for the reproductive physicians. Transl Androl Urol. 2022 Jul;11(7):1023-1044. doi: 10.21037/tau-22-149.
Πηγή: andromedlabs.gr
