Метилом плаценты при патологии беременности

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-15-00341

НазваниеМетилом плаценты при патологии беременности

Руководитель Васильев Станислав Анатольевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук" , Томская обл

Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-402 - Медицинская генетика

Ключевые слова метилом, эпигенетический ландшафт, метилирование ДНК, патология плаценты, бластоцисты, спонтанные абортусы, эмбриональная гибель, экстраэмбриональные ткани

Код ГРНТИ34.15.23

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Репродуктивные потери у человека являются крайне частым событием. Демографические исследования показали, что шансы произвести жизнеспособное потомство у женщины среднего репродуктивного возраста в пределах одного менструального цикла не превышают 25 %. При этом около 15 % клинически распознаваемых беременностей спонтанно прерывается в течение первого триместра. Ранняя эмбриональная гибель является наиболее тяжелым проявлением генетических нарушений, среди которых наибольшими по размеру являются нарушения числа хромосом – анеуплоидия. Действительно, от 50 до 60 % спонтанных абортусов первого триместра беременности имеют анеуплоидии по различным хромосомам. Тяжесть фенотипа ранней эмбриональной гибели обусловливает возможность существования в этом периоде и масштабных эпигенетических нарушений. Действительно, значительные нарушения метилома выявлены в плаценте при различных патологиях беременности на поздних сроках: преэклампсии, задержке роста плода, гестационном диабете. Кроме того, в наших предварительных исследованиях показаны масштабные нарушения метилома и в хорионе спонтанных абортусов первого триместра как с анеуплоидным, так и с нормальным кариотипом, ведущими из которых являются нарушения метилирования генов морфогенеза плаценты и генов ремоделирования спиральных артерий. Это может объяснять гибель большей части эмбрионов в период первого триместра, когда происходит ремоделирование спиральных артерий матки, благодаря которому обеспечивается дальнейший быстрый рост и развитие эмбриона. Результаты предварительных исследований позволяют переосмыслить картину причин гибели зародышей человека в первом триместре беременности, повышая значимость эпигенетической нестабильности в качестве важного фактора, влияющего на жизнеспособность эмбриона. Важным следствием из предложенной модели является потенциальная возможность прогнозирования осложнений беременности путем анализа метилома плаценты в первом триместре (возможно, с использованием неинвазивного пренатального скрининга) или анализа уровня метилирования в бластоцисте при использовании вспомогательных репродуктивных технологий. В проекте будут определены границы применимости предложенной модели в части оценки распространенности аномалий метилирования выявленных генов среди спонтанных абортусов в зависимости от кариотипа, наличия развившегося эмбриона, привычного невынашивания беременности и доказательство функциональной роли метилирования в определении экспрессии данных генов. Учитывая, что аномалии метилома при различных патологиях беременности, по-видимому, имеют общую причину, в проекте будет установлена степень перекрывания нарушений метилома при различных патологиях беременности. Наконец, необходимо разработать малоинвазивные эпигенетические маркеры, прогнозирующие риск патологий беременности вследствие возникновения нарушений метилома. Для этого впервые в мире будет проведен анализ связи уровня метилирования генома в жидкости полости бластоцисты с вероятностью рождения здорового ребенка при использовании вспомогательных репродуктивных технологий с целью разработки метода малоинвазивного тестирования для оценки эмбрионов при экстракорпоральном оплодотворении. В целом, реализация проекта позволит сформировать более целостную картину участия нарушений метилирования в патогенезе осложнений беременности.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Васильев С.А., Деменева В.В., Толмачева Е.Н., Филатова С.А., Зуев А.С., Ушакова А.С., Васильева О.Ю., Лушников И.В., Саженова Е.А., Никитина Т.В., Лебедев И.Н. Метилирование подсемейств ретротранспозона LINE-1 в ворсинах хориона при невынашивании беременности Генетика, Т. 59, №12. С. 1419-1426. (год публикации - 2023)
10.31857/S0016675823120147

2. Васильев С.А., Деменева В.В., Васильева О.Ю., Толмачева Е.Н., Зуев А.С., Шевцов Д.Г., Филатова С.А., Ушакова А.С., Никитина Т.В., Саженова Е.А., Лебедев И.Н. Масштабные нарушения метилирования на фоне анеуплоидии в плаценте человека Хромосома – 2023 : материалы Междунар. конф. 5–10 сентября 2023 г. / Ин-т молекулярной и клеточной биологии СО РАН ; Новосиб. гос. ун-т. — Новосибирск : ИПЦ НГУ, 2023, С. 73-74. (год публикации - 2023)

3. Васильева О.Ю., Толмачева Е.Н., Деменева В.В., Дмитриев А.Э., Даркова Я.А., Никитина Т.В., Саженова Е.А., Лебедев И.Н., Васильев С.А. Аномальное метилирование генов ремоделирования спиральных артерий на фоне анеуплоидии в плаценте человека Хромосома – 2023 : материалы Междунар. конф. 5–10 сентября 2023 г. / Ин-т молекулярной и клеточной биологии СО РАН ; Новосиб. гос. ун-т. — Новосибирск : ИПЦ НГУ, 2023., С. 75-76 (год публикации - 2023)

4. Васильев С.А., Васильева О.Ю., Оппонг-Пепрах Б., Деменева В.В., Зуев А.С., Саженова Е.А., Никитина Т.В., Толмачева Е.Н. Нарушения метилирования генов PRDM16 и PTPRN2 в ворсинах хориона при невынашивании беременности Вестник РУДН.Серия: Медицина, 2023. Т. 27, № 4. С. 511-527. (год публикации - 2023)
10.22363/2313-0245-2023-27-4-515-531

5. Васильева О.Ю., Жигалина Д.И., Филатова С.А., Деменева В.В, Толмачева Е.Н., Саженова Е.А., Никитина Т.В., Васильев С.А. Отклонения профиля метилирования в ворсинах хориона спонтанных абортусов с моносомией X и нормальным кариотипом VII Международная научно-практическая конференция «NGS в медицинской генетике». Тезисы докладов., С. 68 (год публикации - 2024)

6. Васильев С.А., Деменева В.В., Васильева О.Ю., Жигалина Д.И., Толмачева Е.Н., Шевцов Д.Г., Лушников И.В., Саженова Е.А., Никитина Т.В., Лебедев И.Н. Аномалии метилома при ранней эмбриональной гибели Международный конгресс «VIII Съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров. Сборник тезисов. Саратов. 14-19 июня 2024 г. , Т. 1. С. 572 (год публикации - 2024)

7. Лушников И.В., Деменева В.В., Васильев С.А. Уровень метилирования LINE-1 коррелирует в ворсионах хориона спонтанных абортусов из одних и тех же семей 15-ая международная школа молодых ученых. Системная биология и биоинформатика». Сборник тезисов, С. 15 (год публикации - 2024)

8. Шевцов Д.Г., Зуев А.С., Васильева О.Ю., Саженова Е.А., Толмачева Е.Н., Никитина Т.В., Васильев С.А. Анализ аномалий эпигенетического ландшафта хориона при различных патологиях беременности 15-ая международная школа молодых ученых. Системная биология и биоинформатика». Сборник тезисов. Новосибирск. 25-30 ноября 2024 г. , С. 28 (год публикации - 2024)

9. Васильева О.Ю., Толмачева Е.Н., Дмитриев А.Э., Даркова Я.А., Саженова Е.А., Никитина Т.В., Лебедев И.Н., Васильев С.А. Аберрантное метилирование генов развития плаценты в ворсинах хориона спонтанных абортусов с трисомией 16 Vavilov Journal of Genetics and Breeding, Т. 28, № 2. С. 198-203. (год публикации - 2024)
10.18699/vjgb-24-24

10. Деменева В.В., Толмачева Е.Н., Филатова С.А., Зуев А.С., Ушакова А.С., Васильева О.Ю., Саженова Е.А., Никитина Т.В., Васильев С.А. Уровень метилирования ретротранспозона LINE-1 в ворсинах хориона в эмбрионах из семей со спорадическим и привычным невынашиванием беременности Медицинская генетика, Т. 23, № 10. С. 50-54 (год публикации - 2024)
2073-7998

11. Васильева О.Ю., Саженова Е.А., Никитина Т.В., Толмачева Е.Н., Васильев С.А. Множественные аномалии метилирования генов в ворсинах хориона спонтанных абортусов Тезисы докладов молодежной конференции в рамках XXIII Зимней молодежной школы по биофизике и молекулярной биологии, С. 24-25 (год публикации - 2024)

12. Зуев А.С., Шевцов Д.Г., Васильева О.Ю., Деменева В.В., Саженова Е.А., Толмачева Е.Н., Никитина Т.В., Васильев С.А. Сравнительный анализ аномалий метилома хориона при различных патологиях беременности Вестник Томского государственного университета. Биология, 2025. № 69. С. 93–102. (год публикации - 2025)
10.17223/19988591/69/11

13. Зуев А.С., Канканам Патиранаге М.Б., Фонова Е.А., Шевцов Д.Г., Бабай Т.С., Никитина Т.В., Федотов Д.А., Саженова Е.А., Толмачева Е.Н., Васильев С.А. Оценка эффективности полногеномного секвенирования для кариотипирования клеток спонтанных абортусов с отсутствием пролиферативной активности Медицинская генетика, 2024;23(12):30-36. (год публикации - 2024)
10.25557/2073-7998.2024.12.30-36

14. Васильев С.А., Деменева В.В., Толмачева Е.Н., Васильева О.Ю., Шевцов Д.Г., Лушников И.В., Фонова Е.А., Саженова Е.А., Никитина Т.В., Лебедев И.Н. Aberrations of the placental methylome and embryonic death Биоинформатика регуляции и структуры геномов / Системная биология. 14 международная мультиконференция. Тезисы докладов. , С. 819-820 (год публикации - 2024)

15. Толмачева Е.Н., Жигалина Д.И., Васильева О.Ю., Шевцов Д.Г., Фонова Е.А., Саженова Е.А., Никитина Т.В., Лебедев И.Н., Васильев С.А. Связь нарушений метилирования в ворсинах хориона с жизнеспособностью эмбрионов с трисомией хромосомы 16 и моносомией хромосомы Х Международный конгресс «VIII Съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров. Сборник тезисов. Саратов. 14-19 июня 2024 г. , Т. 1. С. 590. (год публикации - 2024)

16. Зуев А.С., Фонова Е.А., Канканам Патиранаге М.Б., Бабай Т.С., Шевцов Д.Г., Подус А.А., Никитина Т.В., Саженова Е.А., Толмачева Е.Н., Васильев С.А. Применение полногеномного секвенирования со сверхнизким покрытием в диагностике случаев комбинированных хромосомных аномалий у спонтанных абортусов IV Всероссийская конференция «Высокопроизводительное секвенирование в геномике». Тезисы – Новосибирск: Академиздат, 2025. С. 88. (год публикации - 2025)

17. Васильев С.A., Шевцов Д.Г., Зуев А.С., Васильева О.Ю., Деменева В.В., Саженова Е.А., Толмачева Е.Н. Метиломный ландшафт плаценты при невынашивании беременности Медицинская генетика, 2025;24(4):35-36. (год публикации - 2025)
10.25557/2073-7998.2025.04.35-36

18. Зуев А.С., Шевцов Д.Г., Васильева О.Ю., Деменева В.В., Никитина Т.В., Саженова Е.А., Толмачева Е.Н., Васильев С.А. Связь аномалий метилирования ДНК с нарушением экспрессии белков в хорионе спонтанных абортусов Медицинская генетика, 2025;24(5):84-85. (год публикации - 2025)
10.25557/2073-7998.2025.05.84-85

19. Васильева О.Ю., Толмачева Е.Н., Ушакова А.С., Шевцов Д.Г., Деменева В.В., Саженова Е.А, Никитина Т.В., Васильев С.А., Лебедев И.Н. Эпигенетические маркеры анеуплоидии при невынашивании беременности Молекулярная диагностика. Сборник трудов / колл. авт. Москва: АО «Сайенс медиа проджектс», С. 118-119. (год публикации - 2025)

20. Шевцов Д.Г., Зуев А.С., Васильева О.Ю., Васильев С.А. Биоинформатический анализ паттернов метилирования в геноме образцов ворсин хориона при различных патологиях беременности Перспективы развития фундаментальных наук: сборник трудов XXII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Томск, 22-25 апреля 2025 г.) : в 7 томах. Том 4. Биология и фундаментальная медицина / под ред. И.А. Курзиной, Г.А. Вороновой. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, С. 135-137. (год публикации - 2025)

21. Толмачева Е.Н., Жигалина Д.И., Васильева О.Ю., Деменева В.В., Филатова С.А., Шевцов Д.Г., Фонова Е.А., Саженова Е.А., Никитиина Т.В., Лебедев И.Н., Васильев С.А. Genes with abnormal DNA methylation in chorionic villi of spontaneous abortions with monosomy X Journal of Assisted Reproduction and Genetics (год публикации - 2025)
10.1007/s10815-025-03764-3

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проект направлен на поиск аномалий метилирования генома клеток зародышевой части плаценты, которые могут обусловливать гибель эмбриона на ранних стадиях развития или влиять на развитие патологий беременности на более поздних стадиях. На втором этапе проекта было обнаружено, что спонтанные абортусы с нарушениями числа хромосом (в частности, с моносомией X) имеют нарушенный уровень метилирования отдельных генов. Было обнаружено два таких гена – ALCAM и BDH1. Помимо этого, на уровне мРНК было также обнаружено значимое влияние ранее обнаруженных нарушений метилирования генома в ворсинах хориона спонтанных абортусов с нормальным кариотипом на экспрессию гена PSG2, являющегося одним из ранних маркеров наступления беременности – у спонтанных абортусов его синтезируется значительно меньше, чем у нормальных эмбрионов. Одной из задач проекта является оценка возможности использования анализа уровня метилирования ретротранспозона LINE-1, занимающего около 17% генома человека, в качестве дополнительного маркера при выборе эмбрионов для подсадки в полость матки при проведении вспомогательных репродуктивных технологий. В идеале, такая процедура должна быть максимально неинвазивна для развивающегося эмбриона. Поэтому в проекте тестировалась возможность использования для целей диагностики аномалий метилирования внеклеточной ДНК, выделенной из внутренней полости бластоцисты или культуральной среды, в которой выращивался эмбрион. Однако оказалось, что данные источники не позволяют уверенно прогнозировать уровень метилирования в ключевой части бластоцисты – внутренней клеточной массе, которая в последующем развитии и дает развитие эмбриону. При этом показано, что в качестве материала для такого анализа могут быть использованы клетки трофэктодермы. На основе их ДНК было обнаружено, что уровень метилирования ретротранспозона LINE-1 у эмбрионов, имевших наихудшие морфологические показатели, был выше или ниже уровня, характерного для эмбрионов с наилучшими показателями. В дальнейшем анализ будет проведен на расширенной группе эмбрионов для получения более уверенных выводов. Наконец, было обнаружено, что зародышевая часть плаценты эмбрионов при различных патологиях беременности может иметь схожие аномалии метилирования генома. Были выделены гены, объединяющие различные патологии беременности и, возможно, являющимися участниками общих звеньев патогенеза этих болезней, связанных с неправильным взаимодействием эмбриона и матери. Кроме того, были выделены гены, аномалии которых специфичны только для прерывания беременности, что дает возможность более подробно понять ключевые механизмы, приводящие к гибели эмбрионов на ранних стадиях развития.

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В рамках заключительного третьего этапа проекта исследовательские работы были сосредоточены на углубленном сравнительном анализе и решении ключевых методологических задач. Основной целью было выявление общих и уникальных черт эпигенетических нарушений при различных патологиях беременности, а также оценка возможности использования полученных знаний в практической репродуктологии. Было проведено масштабное сравнение профилей метилирования ДНК в ворсинах хориона при медицинском прерывании беременности (контрольная группа), спорадическом и привычном невынашивании с нормальным кариотипом. Использование метода RRBS позволило выявить как общий набор нарушенных генов для обеих форм невынашивания, так и специфические для каждой из них. Интересным результатом стало обнаружение большей масштабности и специфичности эпигенетических сдвигов при спорадическом невынашивании, особенно в случаях очень ранней гибели эмбриона (до 9 недель). Функциональный анализ показал, что эти нарушения затрагивают гены, связанные с регуляцией транскрипции, клеточного цикла, транспорта и биогенеза ресничек — процессов, критически важных для формирования плаценты. Для части генов, включая EGFR, CMIP, PBRM1 и GLI3, была экспериментально подтверждена обратная связь между уровнем метилирования их промоторов и количеством соответствующего белка в ткани, что доказывает функциональную значимость выявленных изменений. Параллельно были завершены исследования на преимплантационных эмбрионах человека. Анализ расширенной выборки бластоцист подтвердил и детализировал ранее полученные данные. Установлена устойчивая положительная корреляция между повышением уровня метилирования ретротранспозона LINE-1 в клетках трофэктодермы и снижением морфологического качества эмбриона. Это указывает на то, что эпигенетическая нестабильность является одним из биологических факторов, ограничивающих успешное развитие на самой ранней стадии. Также было отмечено, что уровень метилирования LINE-1 в трофэктодерме демонстрирует меньшую вариабельность среди эмбрионов от одних родителей по сравнению с эмбрионами из разных семей, что предполагает влияние наследственных факторов. Дополнительно выявлена связь повышения этого показателя с возрастом отца. Таким образом, третий этап проекта успешно завершил цикл исследований, предоставив системное понимание эпигенетических нарушений при невынашивании и подтвердив перспективность использования метилирования LINE-1 в качестве нового критерия оценки качества эмбрионов в репродуктивных технологиях.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Научные результаты, полученные в ходе реализации проекта, обладают значительным потенциалом для практического применения в экономике и социальной сфере Российской Федерации, способствуя формированию важных научно-технологических заделов. В области вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ) результаты проекта открывают путь к созданию нового класса инструментов для оценки качества эмбрионов. Установленная корреляция между уровнем метилирования LINE-1 в трофэктодерме и морфологическим качеством бластоцисты служит основой для разработки объективного молекулярно-эпигенетического критерия отбора эмбрионов при ЭКО. Создание и внедрение соответствующего диагностического протокола на базе отечественных технологий секвенирования и биоинформатического анализа позволит повысить эффективность программ ЭКО, сократить количество безуспешных попыток и связанных с ними экономических затрат для семей и системы здравоохранения. Повышение частоты наступления одноплодной маточной беременности также снизит социальные и экономические издержки, связанные с ведением многоплодных беременностей и выхаживанием недоношенных детей. С экономической и технологической точки зрения проект способствует импортозамещению и созданию новых высокотехнологичных сервисов. Отработанные и валидированные протоколы таргетного бисульфитного секвенирования, анализа данных, а также методика кариотипирования с помощью полногеномного секвенирования со сверхнизким покрытием представляют собой готовые технологические решения. Они могут быть в будущем коммерциализированы в виде наборов реагентов и стандартных операционных процедур (СОП) для диагностических лабораторий и центров репродукции. Это стимулирует развитие отечественного рынка геномных и эпигеномных услуг, создавая спрос на высококвалифицированные кадры и способствуя росту смежных отраслей, таких как биоинформатика, производство реагентов и аналитического оборудования. Формируемый научный задел, включающий уникальную биоколлекцию образцов, модели и алгоритмы анализа, создает прочную основу для дальнейших прикладных исследований и опытно-конструкторских работ. Это позволяет перейти к этапу разработки и регистрации конкретных медицинских изделий для диагностики in vitro (IVD). Таким образом, реализация проекта вносит вклад не только в фундаментальную науку, но и в создание инновационной продукции и услуг, что соответствует стратегическим задачам обеспечения технологического суверенитета и устойчивого социально-экономического развития страны.