To identify specific germline mutations related to sperm reproductive competence, in couples with unexplained infertility.
In this retrospective study, couples were divided according to whether they had successful intracytoplasmic sperm injection outcomes (fertile) or not (infertile). Ancillary sperm function tests were performed on ejaculates, and whole exome sequencing was performed on spermatozoal DNA. Sperm aneuploidy and gene mutation profiles were compared between the 2 cohorts as well as according to the specific reasons for reproductive failure.
Center for reproductive medicine at a major academic medical center.
Thirty-one couples with negative infertility workups and normal semen parameters.
Couples with mutations on fertilization- or embryo development-related genes were subsequently treated by assisted gamete treatment or microfluidics, respectively.
Intracytoplasmic sperm injection cycle outcomes including fertilization, clinical pregnancy, and delivery rates.
Sperm aneuploidy was lower in the fertile group (4.0% vs. 8.4%). Spermatozoa from both cohorts displayed mutations associated with sperm–egg fusion (ADAM3A) and acrosomal development (SPACA1), regardless of reproductive outcome. The infertile cohort was then categorized according to the reasons for reproductive failure: absent fertilization, poor early embryo development, implantation failure, or pregnancy loss.
Spermatozoa from the fertilization failure subgroup (n = 4) had negligible PLCζ presence (10% ± 9%) and gene mutations (PLCZ1, PIWIL1, ADAM15) indicating a sperm-related oocyte-activating deficiency. These couples were successfully treated by assisted gamete treatment in their subsequent cycles.
Spermatozoa from the poor early embryo development subgroup (n = 5) had abnormal centrosomes (45.9% ± 5%), and displayed mutations impacting centrosome integrity (HAUS1) and spindle/microtubular stabilization (KIF4A, XRN1). Microfluidic sperm processing subsequently yielded a term pregnancy.
Spermatozoa from the implantation failure subgroup (n = 7) also had abnormal centrosomes (53.1% ± 13%) and carried mutations affecting embryonic implantation (IL9R) and microtubule and centrosomal integrity (MAP1S, SUPT5H, PLK4), whereas those from the pregnancy loss subgroup (n = 5) displayed mutations on genes involved in trophoblast development (NLRP7), cell cycle regulation (MARK4, TRIP13, DAB2IP, KIF1C), and recurrent miscarriage (TP53).
By assessing the sperm genome, we identified specific germline mutations related to various reproductive processes. This information may clarify elusive factors underlying reproductive competence and enhance treatment for couples with unexplained infertility.
Perfilar el genoma de la línea germinal masculina para descifrar su potencial reproductivo.
Identificar mutaciones germinales específicas relacionadas con la competencia reproductiva de los espermatozoides, en parejas con infertilidad inexplicada.
En este estudio retrospectivo, las parejas se dividieron según si tenían resultados exitosos de inyección intracitoplasmática de espermatozoides (fértiles) o no (infértiles). Se realizaron pruebas auxiliares de función de los espermatozoides en los eyaculados, y se realizó la secuenciación completa del exoma en el ADN de los espermatozoides. Los perfiles de aneuploidía y mutación genética de los espermatozoides se compararon entre las 2 cohortes, así como de acuerdo con las razones específicas del fracaso reproductivo.
Centro de medicina reproductiva en un importante centro médico académico.
Treinta y una parejas con exámenes negativos de infertilidad y parámetros normales de semen.
Las parejas con mutaciones en genes relacionados con la fertilización o el desarrollo embrionario fueron tratadas posteriormente mediante tratamiento asistido con gametos o microfluídica, respectivamente.
Resultados del ciclo de inyección intracitoplasmática de espermatozoides, incluida la fertilización, el embarazo clínico y las tasas de parto.
La aneuploidía espermática fue menor en el grupo fértil (4,0% vs. 8,4%). Los espermatozoides de ambas cohortes mostraron mutaciones asociadas con la fusión espermatozoide-óvulo (ADAM3A) y el desarrollo acrosomal (SPACA1), independientemente del resultado reproductivo. La cohorte infértil se clasificó de acuerdo con las razones del fracaso reproductivo: ausencia de fertilización, desarrollo embrionario temprano deficiente, fracaso de implantación o pérdida del embarazo. Los espermatozoides del subgrupo de fracaso de fertilización (n = 4) tenían una presencia insignificante de PLCζ (10% ± 9%) y mutaciones genéticas (PLCZ1, PIWIL1, ADAM15) que indican una deficiencia de activación de ovocitos relacionada con los espermatozoides. Estas parejas fueron tratadas con éxito mediante tratamiento asistido de gametos en sus ciclos posteriores. Los espermatozoides del subgrupo de desarrollo embrionario temprano deficiente (n = 5) tenían centrosomas anormales (45,9% ± 5%) y mostraban mutaciones que afectaban la integridad del centrosoma (HAUS1) y la estabilización del huso / microtubular (KIF4A, XRN1). El procesamiento microfluídico de espermatozoides posteriormente produjo un embarazo a término. Los espermatozoides del subgrupo de fracaso de implantación (n = 7) también tenían centrosomas anormales (53,1% ± 13%) y portaban mutaciones que afectaban a la implantación embrionaria (IL9R) y a los microtúbulos y la integridad centrosomal (MAP1S, SUPT5H, PLK4), mientras que los del subgrupo de pérdida de embarazo (n = 5) mostraban mutaciones en genes implicados en el desarrollo de trofoblastos (NLRP7), regulación del ciclo celular (MARK4, TRIP13, DAB2IP, KIF1C), y aborto recurrente (TP53).
Al evaluar el genoma del espermatozoide, identificamos mutaciones específicas de la línea germinal relacionadas con diversos procesos reproductivos. Esta información puede aclarar los factores elusivos que subyacen a la competencia reproductiva y mejorar el tratamiento para las parejas con infertilidad inexplicable.