Russian Journal of GeneticsRussian Journal of GeneticsГенетика0016-67583034-5103The Russian Academy of Sciences66702410.31857/S0016675823120147PQAIPVГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКАMethylation of the Retrotransposon LINE-1 Subfamilies in Chorionic Villi of MiscarriagesМетилирование подсемейств ретротранспозона LINE-1 в ворсинах хориона при невынашивании беременностиVasilyevS. A.ВасильевС. А.stanislav.vasilyev@medgenetics.ruNikitinaT. V.НикитинаТ. В.stanislav.vasilyev@medgenetics.ruSazhenovaE. A.СаженоваЕ. А.stanislav.vasilyev@medgenetics.ruLushnikovI. V.ЛушниковИ. В.stanislav.vasilyev@medgenetics.ruVasilyevaO. Yu.ВасильеваО. Ю.stanislav.vasilyev@medgenetics.ruUshakovaA. S.УшаковаА. С.stanislav.vasilyev@medgenetics.ruZuevA. S.ЗуевА. С.stanislav.vasilyev@medgenetics.ruFilatovaS. A.ФилатоваС. А.stanislav.vasilyev@medgenetics.ruTolmachevaE. N.ТолмачеваЕ. Н.stanislav.vasilyev@medgenetics.ruDemenevaV. V.ДеменеваВ. В.stanislav.vasilyev@medgenetics.ruLebedevI. N.ЛебедевИ. Н.stanislav.vasilyev@medgenetics.ruResearch Institute of Medical Genetics, Tomsk National Research Medical Center of Russian Academy of SciencesНаучно-исследовательский институт медицинской генетики, Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наукNational Research Tomsk State UniversityНациональный исследовательский Томский государственный университет0112202359121419142626022025Copyright ©; 2023, С.А. Васильев, В.В. Деменева, Е.Н. Толмачева, С.А. Филатова, А.С. Зуев, А.С. Ушакова, О.Ю. Васильева, И.В. Лушников, Е.А. Саженова, Т.В. Никитина, И.Н. ЛебедевCopyright ©; 2023, С.А. Васильев, В.В. Деменева, Е.Н. Толмачева, С.А. Филатова, А.С. Зуев, А.С. Ушакова, О.Ю. Васильева, И.В. Лушников, Е.А. Саженова, Т.В. Никитина, И.Н. Лебедев2023С.А. Васильев, В.В. Деменева, Е.Н. Толмачева, С.А. Филатова, А.С. Зуев, А.С. Ушакова, О.Ю. Васильева, И.В. Лушников, Е.А. Саженова, Т.В. Никитина, И.Н. ЛебедевС.А. Васильев, В.В. Деменева, Е.Н. Толмачева, С.А. Филатова, А.С. Зуев, А.С. Ушакова, О.Ю. Васильева, И.В. Лушников, Е.А. Саженова, Т.В. Никитина, И.Н. Лебедевhttps://transsyst.ru/0016-6758/article/view/667024

Miscarriage is potentially associated with abnormal epigenetic regulation of genes responsible for the development of the embryo and placenta. The aim of this work was to analyze the methylation level of various subfamilies of the LINE-1 retrotransposon, which makes up about 17% of the entire genome, in chorionic villi of spontaneous abortions of the first trimester of pregnancy with different karyotypes, including the most common aneuploidies. The methylation profile in the LINE-1 retrotransposon promoter was analyzed using targeted bisulfite massive parallel sequencing in chorionic villi of induced abortions (n = 39), spontaneous abortions with normal karyotype (n = 173), trisomy 16 (n = 62) and monosomy X (n = 46), and peripheral blood lymphocytes of healthy volunteers (n = 17). The level of methylation of the LINE-1 retrotransposon subfamilies in the control groups of adult lymphocytes and chorionic villi of induced abortions was the highest for evolutionarily young L1HS subfamilies, lower for the more ancient L1PA2 and L1PA3 subfamilies, and the lowest for the even more ancient L1PA4 subfamily. In the groups of spontaneous abortions, an increased level of LINE-1 methylation was observed, and this effect was more pronounced for the older LINE-1 subfamilies. The revealed patterns indicate less control over the older subfamilies of the LINE-1 retrotransposon in the human genome, which can potentially be used as regulatory elements for nearby genes involved in embryonic development. An increase in the level of methylation of such sequences can disrupt the development of the placenta and embryo and make a certain contribution to miscarriage.

Невынашивание беременности потенциально связано с нарушениями эпигенетической регуляции генов, ответственных за развитие эмбриона и плаценты. Цель настоящей работы – анализ уровня метилирования различных подсемейств ретротранспозона LINE-1, составляющего около 17% всего генома, в ворсинах хориона спонтанных абортусов первого триместра беременности с различным кариотипом, включая наиболее распространенные анеуплоидии. Был проведен анализ профиля метилирования в промоторе ретротранспозона LINE-1 с помощью таргетного бисульфитного массового параллельного секвенирования в ворсинах хориона медицинских абортусов (n = 39), спонтанных абортусов с нормальным кариотипом (n = 173), трисомией 16 (n = 62) и моносомией X (n = 46), а также в лимфоцитах периферической крови здоровых добровольцев (n = 17). Уровень метилирования подсемейств ретротранспозона LINE-1 в контрольных группах лимфоцитов взрослых индивидов и в ворсинах хориона медицинских абортусов был наибольшим для эволюционно молодых подсемейств L1HS, меньшим – для более древних подсемейств L1PA2, L1PA3 и минимальным для еще более древнего подсемейства L1PA4. В группах спонтанных абортусов наблюдался повышенный уровень метилирования LINE-1, причем этот эффект был более выражен для более древних подсемейств LINE-1. Выявленные закономерности указывают на меньший контроль за более древними подсемействами ретротранспозона LINE-1 в геноме человека, которые потенциально могут использоваться в качестве регуляторных элементов для расположенных рядом генов, участвующих в эмбриональном развитии. Повышение уровня метилирования таких последовательностей может нарушать развитие плаценты и эмбриона и вносить определенный вклад в невынашивание беременности.

LINE-1 retrotransposonDNA methylationchorionic villimiscarriageaneuploidybisulfite sequencingspontaneous abortions.ретротранспозон LINE-1метилирование ДНКворсины хорионаневынашивание беременностианеуплоидиябисульфитное секвенированиеспонтанные абортусы.Quenby S., Gallos I.D., Dhillon-Smith R.K. et al. Miscarriage matters: the epidemiological, physical, psychological, and economic costs of early pregnancy loss // Lancet. 2021. V. 397. № 10285. P. 1658–1667. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(21)00682-6Li T.C., Makris M., Tomsu M. et al. Recurrent miscarriage: aetiology, management and prognosis // Hum. Reprod. Update. 2002. V. 8. № 5. P. 463–481. https://doi.org/10.1093/humupd/8.5.463Red-Horse K., Zhou Y., Genbacev O. et al. Trophoblast differentiation during embryo implantation and formation of the maternal-fetal interface // J. Clin. Invest. 2004. V. 114. № 6. P. 744–754. https://doi.org/10.1172/JCI22991Jauniaux E., Poston L., Burton G.J. Placental-related diseases of pregnancy: Involvement of oxidative stress and implications in human evolution // Hum. Reprod. Update. 2006. V. 12. № 6. P. 747–755. https://doi.org/:dml016Shridhar V., Chu T., Simhan H. et al. High-resolution analysis of the human placental DNA methylome in early gestation // Prenat. Diagn. 2020. V. 40. № 4. P. 481–491. https://doi.org/10.1002/pd.5618Robinson W.P., Price E.M. The human placental methylome // Cold Spring Harbor Perspect. Med. 2015. V. 5. № 5. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a023044Vlahos A., Mansell T., Saffery R. et al. Human placental methylome in the interplay of adverse placental health, environmental exposure, and pregnancy outcome // PLoS Genet. 2019. V. 15. № 8. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1008236Etchegaray E., Naville M., Volff J.N. et al. Transposable element-derived sequences in vertebrate development // Mob. DNA. 2021. V. 12. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1186/s13100-020-00229-5Grow E.J., Flynn R.A., Chavez S.L. et al. Intrinsic retroviral reactivation in human preimplantation embryos and pluripotent cells // Nature. 2015. V. 522. № 7555. P. 221–225. https://doi.org/10.1038/nature14308Reiss D., Zhang Y., Mager D.L. Widely variable endogenous retroviral methylation levels in human placenta // Nucl. Ac. Res. 2007. V. 35. № 14. P. 4743–4754. https://doi.org/10.1093/nar/gkm455Lee J., Cordaux R., Han K. et al. Different evolutionary fates of recently integrated human and chimpanzee LINE-1 retrotransposons // Gene. 2007. V. 390. № 1–2. P. 18–27. https://doi.org/10.1016/j.gene.2006.08.029Khan H., Smit A., Boissinot S. Molecular evolution and tempo of amplification of human LINE-1 retrotransposons since the origin of primates // Genome Res. 2006. V. 16. № 1. P. 78–87. https://doi.org/10.1101/gr.4001406Boissinot S., Sookdeo A. The Evolution of LINE-1 in Vertebrates // Genome Biol. Evol. 2016. V. 8. № 12. P. 3485–3507. https://doi.org/10.1093/gbe/evw247Vasilyev S.A., Tolmacheva E.N., Vasilyeva O.Y. et al. LINE-1 retrotransposon methylation in chorionic villi of first trimester miscarriages with aneuploidy // J. Assist. Reprod. Genet. 2021. V. 38. № 1. P. 139–149. https://doi.org/10.1007/s10815-020-02003-1Lebedev I.N., Ostroverkhova N.V., Nikitina T.V. et al. Features of chromosomal abnormalities in spontaneous abortion cell culture failures detected by interphase FISH analysis // Eur. J. Hum. Genet. 2004. V. 12. № 7. P. 513–520. https://doi.org/10.1038/sj.ejhg.5201178Vasilyev S.A., Timoshevsky V.A., Lebedev I.N. Cytogenetic mechanisms of aneuploidy in somatic cells of chemonuclear industry professionals with incorporated plutonium-239 // Russ. J. Genetics. 2010. V. 46. № 11. P. 1381–1385. https://doi.org/10.1134/s1022795410110141Vasilyev S.A., Markov A.V., Vasilyeva O.Y. et al. Method of targeted bisulfite massive parallel sequencing of the human LINE-1 retrotransposon promoter // MethodsX. 2021. V. 8. https://doi.org/10.1016/j.mex.2021.101445Fernandes J.D., Zamudio-Hurtado A., Clawson H. et al. The UCSC repeat browser allows discovery and visualization of evolutionary conflict across repeat families // Mob. DNA. 2020. V. 11. P. 13. https://doi.org/10.1186/s13100-020-00208-wZheng Y., Joyce B.T., Liu L. et al. Prediction of genome-wide DNA methylation in repetitive elements // Nucl. Ac. Res. 2017. V. 45. № 15. P. 8697–8711. https://doi.org/10.1093/nar/gkx587Zadora J., Singh M., Herse F. et al. Disturbed placental imprinting in preeclampsia leads to altered expression of DLX5, a human-specific early trophoblast marker // Circulation. 2017. V. 136. № 19. P. 1824–1839. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.117.028110Criscione S.W., Theodosakis N., Micevic G. et al. Genome-wide characterization of human L1 antisense promoter-driven transcripts // BMC Genomics. 2016. V. 17. P. 463. https://doi.org/10.1186/s12864-016-2800-5Chishima T., Iwakiri J., Hamada M. Identification of transposable elements contributing to tissue-specific expression of long non-coding RNAs // Genes (Basel). 2018. V. 9. № 1. https://doi.org/10.3390/genes9010023Pourrajab F., Hekmatimoghaddam S. Transposable elements, contributors in the evolution of organisms (from an arms race to a source of raw materials) // Heliyon. 2021. V. 7. № 1. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e06029Demeneva V.V., Tolmacheva E.N., Nikitina T.V. et al. Expression of the NUP153 and YWHAB genes from their canonical promoters and alternative promoters of the LINE-1 retrotransposon in the placenta of the first trimester of pregnancy // Vavil. Zh. Genet. Selektsii. 2023. V. 27. № 1. P. 63–71. https://doi.org/10.18699/VJGB-23-09