Nachrichten | Studie identifiziert Fehler bei der Genomreplikation als wichtige Ursache für das Scheitern von IVF-Embryonen
Die In-vitro-Fertilisation (IVF) hat vielen Menschen Hoffnung gegeben, die auf natürlichem Weg nicht schwanger werden können. Dennoch scheitert die Entwicklung von IVF-Embryonen häufig: Viele befruchtete Eizellen entwickeln sich innerhalb weniger Tage nicht weiter, oft aufgrund chromosomaler Auffälligkeiten. Eine Studie der Columbia University Vagelos College of Physicians and Surgeons ergab, dass spontane Fehler bei der DNA-Replikation eine wichtige Ursache für das Scheitern von IVF-Embryonen sein könnten. Die Erkenntnis eröffnet der Reproduktionsmedizin und der Forschung zur Verbesserung der IVF-Erfolgsraten eine neue Richtung.
Studie: Replikationsfehler treten früh auf
IVF-Embryonen beginnen sich etwa 24 Stunden nach der Befruchtung zu teilen. Während der Zellteilung müssen alle 46 Chromosomen, die mehr als drei Milliarden DNA-Basenpaare enthalten, fehlerfrei kopiert werden, damit jede Tochterzelle ein vollständiges Genom erhält. Bei diesen frühen Teilungen treten häufig Replikationsfehler auf, sodass einige embryonale Zellen eine abnorme Chromosomenzahl aufweisen.
Dr. Dieter Egli, Studienleiter und Assistenzprofessor für Entwicklungszellbiologie an der Columbia University, sagte: „Die Zellteilung in frühen Embryonen ist ein außerordentlich anspruchsvoller Prozess. Das Kopieren des Genoms ist komplex, und bereits ein kleiner Fehler kann chromosomale Auffälligkeiten verursachen. Diese Probleme entstehen in den frühen Phasen der DNA-Replikation, nicht während späterer Zellteilungen, wie frühere Forschung nahelegte.“
Fehler entstehen durch spontane Hindernisse bei der DNA-Replikation
Die Forschenden stellten fest, dass DNA-Replikationsfehler mit Hindernissen innerhalb der DNA-Doppelhelix zusammenhängen. Diese Hindernisse unterbrechen oder verlangsamen die Replikation, wodurch DNA-Brüche und abnorme Chromosomenzahlen entstehen. Dr. Egli bemerkte: „DNA-Replikationsfehler sind die Hauptursache für Fehler bei der Chromosomensegregation. Dieses Problem wurde lange übersehen, weil Wissenschaftler nicht erklären konnten, warum Embryonen ausgerechnet in einer so kritischen Phase eine Beeinträchtigung der Genomintegrität zulassen.“
Ursache für den Entwicklungsstillstand von IVF-Embryonen
Die Studie zeigte außerdem, dass Replikationsfehler bereits während der ersten Zellteilung nach der Befruchtung auftreten und im weiteren Verlauf der Teilungen fortbestehen können. Wenn zu viele Zellen im frühen Embryo chromosomale Auffälligkeiten aufweisen, kann sich der Embryo nicht weiterentwickeln.
Dr. Jenna Turocy, Fruchtbarkeitsspezialistin am Columbia University Fertility Center und Mitautorin der Studie, sagte: „Viele Frauen in einer Kinderwunschbehandlung benötigen mehrere IVF-Zyklen, um schwanger zu werden, und manche haben nie Erfolg. Das ist äußerst kostspielig und stellt eine enorme emotionale Belastung für die Patientinnen dar.“
Ausblick: Neue Hoffnung auf bessere IVF-Erfolge
Die Studie eröffnet der IVF-Forschung eine neue Richtung. Durch ein besseres Verständnis der Fehler bei der DNA-Replikation hoffen Forschende, Möglichkeiten zur Verringerung genetischer Auffälligkeiten und des Risikos eines Embryonenversagens zu entwickeln. Das Team plant, DNA-Schäden während der Replikation weiter zu untersuchen, um besser zu verstehen, wie normale und krankheitsbezogene Varianten die menschliche Fortpflanzung beeinflussen. Mit der Zeit könnte diese Arbeit die IVF-Erfolgsraten verbessern.
Die Studie wurde von der Columbia University Vagelos College of Physicians and Surgeons und kooperierenden Einrichtungen durchgeführt und am 19. 2022 online in Cell veröffentlicht.
Nachrichten | Studie identifiziert Fehler bei der Genomreplikation als wichtige Ursache für das Scheitern von IVF-Embryonen
Nachrichten | Studie identifiziert Fehler bei der Genomreplikation als wichtige Ursache für das Scheitern von IVF-Embryonen
Die In-vitro-Fertilisation (IVF) hat vielen Menschen Hoffnung gegeben, die auf natürlichem Weg nicht schwanger werden können. Dennoch scheitert die Entwicklung von IVF-Embryonen häufig: Viele befruchtete Eizellen entwickeln sich innerhalb weniger Tage nicht weiter, oft aufgrund chromosomaler Auffälligkeiten. Eine Studie der Columbia University Vagelos College of Physicians and Surgeons ergab, dass spontane Fehler bei der DNA-Replikation eine wichtige Ursache für das Scheitern von IVF-Embryonen sein könnten. Die Erkenntnis eröffnet der Reproduktionsmedizin und der Forschung zur Verbesserung der IVF-Erfolgsraten eine neue Richtung.
Studie: Replikationsfehler treten früh auf
IVF-Embryonen beginnen sich etwa 24 Stunden nach der Befruchtung zu teilen. Während der Zellteilung müssen alle 46 Chromosomen, die mehr als drei Milliarden DNA-Basenpaare enthalten, fehlerfrei kopiert werden, damit jede Tochterzelle ein vollständiges Genom erhält. Bei diesen frühen Teilungen treten häufig Replikationsfehler auf, sodass einige embryonale Zellen eine abnorme Chromosomenzahl aufweisen.
Dr. Dieter Egli, Studienleiter und Assistenzprofessor für Entwicklungszellbiologie an der Columbia University, sagte: „Die Zellteilung in frühen Embryonen ist ein außerordentlich anspruchsvoller Prozess. Das Kopieren des Genoms ist komplex, und bereits ein kleiner Fehler kann chromosomale Auffälligkeiten verursachen. Diese Probleme entstehen in den frühen Phasen der DNA-Replikation, nicht während späterer Zellteilungen, wie frühere Forschung nahelegte.“
Fehler entstehen durch spontane Hindernisse bei der DNA-Replikation
Die Forschenden stellten fest, dass DNA-Replikationsfehler mit Hindernissen innerhalb der DNA-Doppelhelix zusammenhängen. Diese Hindernisse unterbrechen oder verlangsamen die Replikation, wodurch DNA-Brüche und abnorme Chromosomenzahlen entstehen. Dr. Egli bemerkte: „DNA-Replikationsfehler sind die Hauptursache für Fehler bei der Chromosomensegregation. Dieses Problem wurde lange übersehen, weil Wissenschaftler nicht erklären konnten, warum Embryonen ausgerechnet in einer so kritischen Phase eine Beeinträchtigung der Genomintegrität zulassen.“
Ursache für den Entwicklungsstillstand von IVF-Embryonen
Die Studie zeigte außerdem, dass Replikationsfehler bereits während der ersten Zellteilung nach der Befruchtung auftreten und im weiteren Verlauf der Teilungen fortbestehen können. Wenn zu viele Zellen im frühen Embryo chromosomale Auffälligkeiten aufweisen, kann sich der Embryo nicht weiterentwickeln.
Dr. Jenna Turocy, Fruchtbarkeitsspezialistin am Columbia University Fertility Center und Mitautorin der Studie, sagte: „Viele Frauen in einer Kinderwunschbehandlung benötigen mehrere IVF-Zyklen, um schwanger zu werden, und manche haben nie Erfolg. Das ist äußerst kostspielig und stellt eine enorme emotionale Belastung für die Patientinnen dar.“
Ausblick: Neue Hoffnung auf bessere IVF-Erfolge
Die Studie eröffnet der IVF-Forschung eine neue Richtung. Durch ein besseres Verständnis der Fehler bei der DNA-Replikation hoffen Forschende, Möglichkeiten zur Verringerung genetischer Auffälligkeiten und des Risikos eines Embryonenversagens zu entwickeln. Das Team plant, DNA-Schäden während der Replikation weiter zu untersuchen, um besser zu verstehen, wie normale und krankheitsbezogene Varianten die menschliche Fortpflanzung beeinflussen. Mit der Zeit könnte diese Arbeit die IVF-Erfolgsraten verbessern.
Die Studie wurde von der Columbia University Vagelos College of Physicians and Surgeons und kooperierenden Einrichtungen durchgeführt und am 19. 2022 online in Cell veröffentlicht.
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