Estudio de POMZP3 y sus polimorfismos como potenciales indicadores de fertilidad de la especie humana

Abstract

• Antecedentes y objetivos: El éxito de un tratamiento de fecundación in vitro(FIV) depende de numerosos factores, como un entorno de incubación óptimo, una evaluación embrionaria precisa y un endometrio receptivo. La transferencia de un único embrión es cada vez más común en los laboratorios de FIV para evitar el riesgo de embarazos múltiples, lo que hace aún más importante la elección del embrión óptimo. Con la incorporación de nuevas técnicas de reproducción asistida, en particular de carácter genético, se persigue reducir la pérdida embrionaria y/o gestacional para conseguir antes el objetivo, un recién nacido sano. En esta tesis se han investigado los polimorfismos presentes en el gen POMZP3 y sus posibles variantes en la población de donantes de ovocitos y varones de tratamientos de ovodonación, a fin de determinar si éstos pudieran tener una correlación con la calidad de los ovocitos, el desarrollo embrionario y el éxito de la gestación, con el objetivo de establecer un biomarcador con aplicación potencial en los ciclos de TRA del programa de ovodonación. Otro de nuestros objetivos fue analizar la presencia de la proteína codificada por el gen POMZP3 y sus variantes en ovocitos, células del cúmulo ovígero y medio de cultivo donde se ha producido la FIV. Por último, intentamos producir la proteína POM-ZP3 recombinante en dos tipos de células de mamíferos.

• Métodos: Se ha realizado el análisis de polimorfismos de POMZP3 mediante la obtención de ADN genómico a partir de muestras obtenidas de hisopos bucales por amplificación de regiones de interés de ADN genómico de POMZP3.El estudio proteico ha sido abordado mediantetécnicas inmunohistoquímicas, electroforesis en SDS-PAGE y Western blot, así como transfección de células CHO y células HEK293 con POM-ZP3, para profundizar en el estudio funcional de esta proteína. Los datos de desarrollo embrionario fueron integrados en un sistema de inteligencia artificial (IA), junto con otros datos relativos al ciclo reproductivo de los pacientes.

• Resultados A través de técnicas de secuenciación se han investigado los polimorfismos de POMZP3 y sus variantes, identificado 9 isoformas, de las cuales una de ellas no se encuentra en homocigosis en la población. Este hecho, pudiera estar relacionado con la muerte temprana del embrión y por tanto servir comobiomarcador potencial de infertilidad. Los datos extraídos de desarrollo embrionario, morfocinética y resultados de los ciclos de pacientes que presentaron este polimorfismofueron procesados por inteligencia artificial revelando que no existen diferencias significativas entre ellos, exceptuando t2 más lentos y divisiones embrionarias ligeramente más rápidas en el grupo donde ambos progenitores presentaban el polimorfismo en heterocigosis.

Hemos demostrado in silico la presencia de POM-ZP3 de forma consistente en todas las etapas de desarrollo embrionario hasta mórula, y en células de cúmulo, excepto en blastocisto.

La proteína codificada por el gen POMZP3 se ha identificado en el ovocito humano y en las células del cúmulo ovígero. Además, se han detectado diferentes variantes de esta proteína. También se ha identificado la proteína codificada por POMZP3 y sus variantes en el medio de cultivo donde ha tenido lugar la fecundación in vitro. Este hecho implica el efecto potencial de esta proteína en el proceso de la fecundación.

Por último,se ha conseguido producir dos proteínas recombinantes, variantes canónica y truncada, de POMZP3 en células de mamífero que permitirán realizar estudios funcionales para conocer su impacto en la fecundación. El análisis de POMZP3 y sus variantes puede ser un marcador útil no invasivo que permita una mejor asignación de donantes de ovocitos y espermatozoides a las parejas aumentando la tasa de éxito de los tratamientos de FIV.

• Background and objectives: The success of in vitro fertilization (IVF) treatment depends on numerous factors, such as an optimal incubation environment, accurate embryo evaluation, and a receptive endometrium. Single embryo transfer is increasingly common in IVF laboratories to avoid the risk of multiple pregnancies, making the selection of the optimal embryo even more crucial. With the integration of new assisted reproductive techniques, particularly genetic ones, the aim is to reduce embryo and/or gestational loss, thereby advancing the goal of achieving a healthy newborn sooner.

In this doctoral thesis, we have investigated the polymorphisms present in the POMZP3 gene and its potential variants within the population of oocyte donors and males undergoing oocyte donation treatment. We aimed to ascertain whether these polymorphisms could correlate with oocyte quality, embryo development, and gestational success, with the ultimate goal of establishing a biomarker with potential application in assisted reproductive technology (ART) cycles within the oocyte donation program.

Another objective of our study was to analyse the presence of the protein encoded by the POMZP3 gene and its variants in oocytes, cumulus cells, and the culture medium used during IVFprocedures. Finally, we endeavoredto produce recombinant POM-ZP3 protein in two types of mammalian cells.

• Method: Analysis of POMZP3 polymorphisms has been performed by obtaining genomic DNA from samples obtained from buccal swabs by amplification of regions of interest of POMZP3 genomic DNA. The protein study has been conducted using functional immunohistochemical techniques, electrophoresis in SDS-PAGE and Western blot, and transfection of CHO and HEK293 cells with POM-ZP3, to further investigate the functional properties of this protein. The embryonic development data were integrated into an artificial intelligence (AI) system, together with other data related to the reproductive cycle of the patients. • Results: Usingsequencing techniques, we have investigated the polymorphisms of POMZP3 and its variants, identifying 9 isoforms, one of which is not found in homozygosity in the population.

This fact could be related to early embryonic death and, thus may serve as a potential biomarker of infertility. Data extracted from embryonic development, morphokinetics, and results of patient cycles with this polymorphism were processed by artificial intelligence, revealing no significant differences between them, except for a slower t2 and slightly faster embryonic divisions in the group where both parents presented the polymorphism in heterozygosity.

We have demonstrated in silico the consistent presence of POM-ZP3 throughout all stages of embryonic development up to the morula stage, as well as in cumulus cells, except in the blastocyst stage.

The protein encoded by the POMZP3 gene has been identified in human oocytes and oocyte cumulus cells. Additionally, various variants of this protein have been detected. Furthermore, the protein encoded by POMZP3 and its variants have been identified in the culture medium where IVF has occurred. This suggests the potential impact of this protein on the fertilization process.

Finally, two recombinant proteins, consisting of canonical and truncated variants of POMZP3, have been successfully produced in mammalian cells. These proteins will allow functional studies to determine their impact on fertilization. Analysis of POMZP3 and its variants may serve as a beneficial non-invasive marker, facilitating improved allocation of oocyte and sperm donors to couples, thereby increasing the success rate of IVF treatments.