3号染色体非整倍体胚胎在IVF植入前分泌蛋白差异表达的机制研究及应用

Human embryos are prone to chromosomal aneuploidy abnormalities, leading to developmental stagnation, implant failure, miscarriage or even birth defects. The current preimplantation genetic screening (PGS) may cause damage to embryos which affect subsequent development and offspring health. Clinical noninvasive screening techniques are in urgent need. We have previously found differences of secretory protein profiles between normal and aneuploidy embryos. The differences in secretory proteins may reflect the abnormal number of chromosomes. In this study, the most common chromosome 3 and its secreted protein will be studied. The number of chromosome 3 (monomer, trisomy and normal diploid) will be assessed with PGS. Secretory protein expression levels will be analyzed using proteomics method. Dynamic changes of secretory protein proteins will be assessed for characteristics of time-dependent variation, in order to determine the best time window for assessment. Gene expression levels and unbalanced expression frequency of allele genes will be determines using transcriptomics methods, in order to study the upstream regulation mechanism. Secretory proteins will be selected to construct predictive model for aneuploidy embryo. Sensitivity and specificity of the predictive model will be tested. Chromosome 3 aneuploidy is intended to be used as an initial study subject. The future studies will be gradually expanded to secretory proteins in other chromosomal abnormalities. Results from this study will facilitate to explore noninvasive screening method of aneuploidy embryo before implantation.

人类胚胎易发生染色体非整倍体异常，导致发育停滞、着床失败、流产甚至出生缺陷。目前植入前遗传学筛查 (PGS)对胚胎损伤较大，影响后续发育及子代健康，临床亟需无创的筛查技术。本课题组前期工作发现人类胚胎分泌蛋白在正常染色体与非整倍体间存在差异，提出胚胎分泌蛋白表达水平可能反映其表达基因所在染色体的数目异常。在前期工作基础上选取较常见的3号染色体及其表达的分泌蛋白，PGS检测3号染色体数目（单体、三体和正常二倍体），蛋白质组学检测分泌蛋白表达，动态监测分泌蛋白表达量的时间变化特征，寻找最佳筛查时间窗口；转录组学检测差异蛋白基因在细胞内转录水平及等位基因不平衡表达频率，研究其上游调控机制及不平衡表达频率；筛选合适分泌蛋白构建预测非整倍体模型，评估其敏感度和特异度。本课题以3号染色体研究为突破口，逐步拓展至其他染色体非整倍体胚胎的分泌蛋白研究，探索无创的胚胎植入前非整倍体筛查方法。

人类胚胎易发生染色体非整倍体异常，导致发育停滞、着床失败、流产甚至出生缺陷。目前基于胚胎滋养层细胞活检，应用单细胞全基因组扩增技术结合二代测序对胚胎染色体数目进行检测的方法对胚胎损伤较大，影响后续发育及子代健康，临床亟需无创的筛查技术。本项目尝试建立利用胚胎培养液蛋白表达量反映编码基因所在染色体（片段）数目的无创筛查技术。首先，收集胚胎培养液并对相应胚胎染色体数目进行检测，发现符合PGT纳入标准的患者人群的胚胎中，非整倍体胚胎比例高于正常胚胎，确证针对相应患者人群进行PGT检测的必要性和患者获益可能性；其次，通过LC-MS/MS方法在胚胎培养液中发现了420种蛋白质，其中约25%为细胞外定位蛋白质（分泌型蛋白），为本项目及胚胎分泌组其他研究提供候选分子；接下来，分别检测RBP4和MIF两种蛋白质在胚胎培养液中的表达量，并分析其与编码基因所在染色体（片段）数目的关系，结果发现MIF表达量在胚胎培养液中浓度低于所采用ELISA方法检测下限（推测由于囊胚细胞数目很少导致分泌蛋白量极低），RBP4表达量与所在染色体片段数目无关（推测RBP4主要来自于培养液添加物），提示，寻找表达量可以反映编码基因所在染色体（片段）数目的胚胎分泌蛋白，应该选择在胚胎培养液中浓度极低的蛋白质作为候选分子，同时探索建立更灵敏的蛋白质定量方法，通过两方面的深入研究以确定可用的标志物蛋白质；最后，发现在体外额外添加RBP4蛋白，会影响小鼠体外囊胚形成和质量，表明RBP4分子可能在囊胚发育中具有重要作用。综上，本项目研究成果提示，一方面，胚胎植入前遗传学诊断，可以使符合相应纳入标准的不孕患者获益，值得患者选择；另一方面，基于胚胎活检，应用单细胞全基因组扩增技术结合二代测序对胚胎染色体数目进行检测，仍是目前最可靠的胚胎染色体整倍性检测方法，而基于胚胎培养液蛋白定量的无创筛查方法仍需进一步探索。