University of Oulu

Human zona pellucida abnormalities : a genetic approach to the understanding of fertilization failure

Saved in:
Author: Törmälä, Reeta-Maria
Organizations: University of Oulu Graduate School
University of Oulu, Faculty of Medicine
Medical Research Center Oulu
Oulu University Hospital
National Graduate School of Clinical Investigation
Format: ebook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1.9 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526212982
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2016
Publish Date: 2016-09-13
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Health and Biosciences of the University of Oulu for public defence in Auditorium 4 of Oulu University Hospital, on 23 September 2016, at 12 noon
Tutor: Professor Juha Tapanainen
Doctor Jouni Lakkakorpi
Reviewer: Professor Sari Mäkelä
Docent Virpi Töhönen
Opponent: Professor Juha Kere
Description:

Abstract

Despite the development of assisted reproduction technologies and significant advances in reproductive biology and medicine over the years the cause of infertility remains unexplained in 10–20% of cases. The cause of infertility in these cases may be connected to problems in fertilization or implantation and genetic factors may play a part in this.

The zona pellucida (ZP) is an extracellular matrix surrounding the oocyte and early-stage embryos. It is important for folliculogenesis, fertilization and implantation. In humans, it is composed of four known ZP glycoproteins that all show varying degrees of structural and functional roles in reproduction. The aim of the present study was to examine the role of zona pellucida genes in cases of total fertilization failure and zona anomalies, and to study their expression in human fetal and adult ovaries.

A total of 34 sequence variations were detected in genes expressing the four human ZP proteins (ZP1–ZP4) among women with fertilization failure and those with varying degrees of zona anomalies in their oocytes. Most of the variations were known single nucleotide polymorphisms, while three were novel findings. Women with fertilization failure had a higher mean number of sequence variations in ZP1 and ZP3 when compared with controls. Some of the most frequent zona anomalies may be at least partly explained by sequence variations in ZP1–ZP4 genes.

In fetal life, the expression of ZP3 protein and mRNA could already be detected as early as at the 11th week of gestation and it peaked at the 20th week, the time of primordial follicle formation. This suggests that components needed for zona matrix are already present well before the formation of the zona pellucida and may have a role in the development of primordial follicles. Expression of the transcription factor FIGLA (factor in the germline alpha) was increased at around the 20th week of gestation, supporting previous findings of its critical role in the initiation of folliculogenesis and primordial follicle formation.

The present study adds to our knowledge on the currently still incomplete picture of formation of the ZP and fertilization in humans. Understanding the genetic background of infertile patients may help us to develop new tools not only to evaluate but also to improve their fertilization potential, and to choose the optimal treatment to achieve pregnancy.


Tiivistelmä

Diagnostiikan kehityksestä huolimatta hedelmättömyyden syy jää edelleen epäselväksi 10–20 %:ssa tapauksista. Niissä hedelmättömyyden taustalla voivat olla munasolun hedelmöittymiseen ja kohtuun kiinnittymiseen liittyvät ongelmat, jotka voivat osittain johtua geneettisistä syistä.

Alkiokuori on munasolua ja varhaista alkiota ympäröivä rakenne, joka osallistuu munarakkulan kehittymiseen, munasolun hedelmöittymiseen ja alkion tarttumiseen kohdun limakalvolle. Ihmisellä alkiokuori muodostuu neljästä tunnetusta alkiokuoriproteiinista (ZP1–ZP4). Tutkimuksessa selvitettiin alkiokuoriproteiineja koodittavien geenien vaikutusta hedelmällisyyteen potilailla, joilla koeputkihedelmöitys ei ollut tuottanut yhtään hedelmöittynyttä munasolua (engl. total fertilization failure, TFF) tai joiden munasoluissa havaittiin alkiokuoren rakennemuutoksia (engl. zona anomalies, ZA). Lisäksi selvitettiin alkiokuoriproteiinien ja niiden lähetti-RNA:n esiintymistä sikiöiden ja aikuisten munasarjoissa.

TFF- ja ZA-potilaiden alkiokuoriproteiineja koodittavista geeneistä löytyi yhteensä 34 nukleotidimuutosta. Muutoksista kolme oli uusia löydöksiä, mutta suurin osa oli ennalta tunnettuja yhden nukleotidin polymorfioita eli geneettisiä monimuotoisuuskohtia. TFF-potilailla havaittiin ZP1- ja ZP3-geeneissä keskimäärin enemmän polymorfioita kuin verrokeilla. Myös osa yleisimmistä alkiokuoren rakennemuutoksista voidaan mahdollisesti selittää ZP1–ZP4-geeneistä löytyneillä polymorfioilla.

Sikiöllä ZP3:n ilmentyminen oli havaittavissa jo 11. raskausviikolla, mutta voimakkainta se oli primordiaalivaiheen munarakkuloiden muodostumisen aikaan 20. raskausviikolla. Tämä voi viitata siihen, että ZP3 saattaa osallistua primordiaalivaiheen munarakkulan kehittymiseen ennen varsinaisen alkiokuoren muodostumista. ZP-geenien säätelytekijän FIGLA:n esiintyminen lisääntyi 20. raskausviikolla, mikä tukee aikaisempia havaintoja FIGLA:n merkityksestä munarakkulan kehittymisen aktivaatiossa ja primordiaalivaiheen munarakkuloiden muodostumisessa.

Tämä tutkimus tuo lisätietoa alkiokuoren merkityksestä munasolun hedelmöittymisessä ja syventää tietämystämme alkiokuoren muodostumisesta ihmisellä. Hedelmättömyyden taustalla olevien geneettisten tekijöiden tunteminen voi parantaa lapsettomuuspotilaiden hedelmällisyyden arviointia ja auttaa löytämään heille parhaiten sopivan hoidon.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. D, Medica
ISSN: 0355-3221
ISSN-E: 1796-2234
ISSN-L: 0355-3221
ISBN: 978-952-62-1298-2
ISBN Print: 978-952-62-1297-5
Issue: 1379
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.