Impact of sperm DNA fragmentation on the outcomes of pregnancies following natural conception and assisted reproductive techniques

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The male factor can be responsible for the inability of couples to conceive a child in 50% of the cases. The standard semen analysis does not completely reflect impaired integrity of spermatozoa genetic material, which may be associated with difficulties in achieving natural conception or with poorer outcomes of IVF programs. Therefore, sperm DNA fragmentation is increasingly used by clinicians to assess male infertility, especially in couples with repeated reproductive losses.

This review presents the analysis of the results reported in the literature on the effect of sperm DNA fragmentation on the outcomes of ART programs; the relationship between DNA fragmentation parameters and early reproductive losses in couples with male factor infertility was determined. A high level of sperm DNA fragmentation has been shown to have a negative effect on the fertilizing ability of spermatozoa. Sperm DNA damage may provide a reliable biomarker of sporadic and habitual miscarriage after natural or assisted conception, as well as provide new guidelines for future approaches to fertility restoration.

Conclusion: Impaired integrity of ejaculate DNA structure has a significant impact on both the natural conception and outcomes of ART programs. In order to achieve effective outcomes of IVF cycles and reduce the risk of early reproductive losses, it is necessary to introduce sperm DNA fragmentation testing into routine practice for specific groups of couples.

About the authors

Anastasia I. Berdnikova

Academician V.I. Kulakov National Medical Research Centre for Obstetrics, Gynecology and Perinatology, Ministry of Health of Russia

Author for correspondence.
Email: berdnikova8002@mail.ru

PhD student

Russian Federation, 117997, Russia, Moscow, Ac. Oparin str., 4

Irina V. Ushakova

Academician V.I. Kulakov National Medical Research Centre for Obstetrics, Gynecology and Perinatology, Ministry of Health of Russia

Email: irisun77@mail.ru

PhD, Researcher at the 1st Gynecological Department

Russian Federation, 117997, Russia, Moscow, Ac. Oparin str., 4

Alla A. Gavisova

Academician V.I. Kulakov National Medical Research Centre for Obstetrics, Gynecology and Perinatology, Ministry of Health of Russia

Email: gavialla@yandex.ru

Dr. Med. Sci., Head of the 1st Gynecological Department

Russian Federation, 117997, Russia, Moscow, Ac. Oparin str., 4

Alina Yu. Popova

Academician V.I. Kulakov National Medical Research Centre for Obstetrics, Gynecology and Perinatology, Ministry of Health of Russia

Email: alina-dock@ya.ru

PhD, Senior Researcher at the Department of Andrology and Urology

Russian Federation, 117997, Russia, Moscow, Ac. Oparin str., 4

Muminat Kh. Ibragimova

Academician V.I. Kulakov National Medical Research Centre for Obstetrics, Gynecology and Perinatology, Ministry of Health of Russia

Email: m_ibragimova@oparina4.ru

PhD, obstetrician-gynecologist-reproduktologist at the 1st Gynecological Department

Russian Federation, 117997, Russia, Moscow, Ac. Oparin str., 4

Evelina R. Durinyan

Academician V.I. Kulakov National Medical Research Centre for Obstetrics, Gynecology and Perinatology, Ministry of Health of Russia

Email: e_durinyan@oparina4.ru

PhD, obstetrician-gynecologist-reproduktologist at the 1st Gynecological Department

Russian Federation, 117997, Russia, Moscow, Ac. Oparin str., 4

References

  1. Rex A.S., Aagaard J., Fedder J. DNA fragmentation in spermatozoa: a historical review. Andrology. 2017; 5(4): 622-30. https://dx.doi.org/10.1111/andr.12381.
  2. Руднева С.А., Брагина Е.Е., Арифулин Е.А., Сорокина Т.М., Шилейко Л.В., Ермолаева С.А., Курило Л.Ф., Черных В.Б. Фрагментация ДНК в сперматозоидах и ее взаимосвязь с нарушением сперматогенеза. Андрология и генитальная хирургия. 2014; 15(4): 26-33. [Rudneva S.A., Bragina E.E., Arifulin E.A., Sorokina T.M., Shileyko L.V., Ermolaeva S.A., Kurilo L.F., Chernykh V.B. DNA fragmentation in spermatozoa and its relationship with impaired spermatogenesis. Andrology and Genital Surgery. 2014; 15(4): 26-33. (in Russian)]. https://dx.doi.org/10.17650/2070-9781-2014-4-26-33.19.09.2024).
  3. Cissen M., Wely M.V., Scholten I., Mansell S., Bruin J.P., Mol B.W. et al. Measuring sperm DNA fragmentation and clinical outcomes of medically assisted reproduction: a systematic review and meta-analysis. PLoS One. 2016; 11(11): e0165125. https://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0165125.
  4. Negoescu A., Guillermet C., Lorimier P., Brambilla E., Labat-Moleur F. Importance of DNA fragmentation in apoptosis with regard to TUNEL specificity. Biomed. Pharmacother. 1998; 52(6): 252-8. https://dx.doi.org/10.1016/S0753-3322(98)80010-3.
  5. Овчинников Р.И., Гамидов С.И., Попова А.Ю., Ижбаев С.Х., Ушакова И.В., Голубева О.Н. Причины репродуктивных потерь у мужчин – фрагментация ДНК сперматозоидов. РМЖ. 2015; 11: 634. [Ovchinnikov R.I., Gamidov S.I., Popova A.Yu., Izhbaev S.Kh., Ushakova I.V., Golubeva O.N. The causes of reproductive losses in men are sperm DNA fragmentation. RMJ. 2015; 11: 634. (in Russian)].
  6. Zini A., Albert O., Robaire B. Assessing sperm chromatin and DNA damage: clinical importance and development of standards. Andrology. 2014; 2(3): 322-5. https://dx.doi.org/10.1111/j.2047-2927.2014.00193.x.
  7. Шильникова Е.М., Мазилина М.А., Федорова И.Д. Нарушение целостности ДНК сперматозоидов человека: причины, методы исследования, влияние на исход программ вспомогательных репродуктивных технологий. Медицинская генетика. 2014; 4: 11-9. [Shilnikova E.M., Mazilina M.A., Fedorova I.D. Violation of the integrity of the DNA of human sperm: causes, methods of research, impact on the outcome of assisted reproductive technology programs. Medical Genetics. 2014; (4): 11-9. (in Russian)].
  8. Polis C.B., Cox C.M., Tunçalp Ö., McLain A.C., Thoma M.E. Estimating infertility prevalence in low-to-middle-income countries: an application of a current duration approach to Demographic and Health Survey data. Hum. Reprod. 2017; 32(5): 1064-74. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/dex025.
  9. Fainberg J., Kashanian J.A. Recent advances in understanding and managing male infertility. F1000Res. 2019; 8: F1000 Faculty Rev-670. https://dx.doi.org/10.12688/f1000research.17076.1.
  10. Guzick D.S., Overstreet J.W., Factor-Litvak P., Brazil C.K., Nakajima S.T., Coutifaris C. et al.; National Cooperative Reproductive Medicine Network. Sperm morphology, motility, and concentration in fertile and infertile men. N. Engl. J. Med. 2001; 345(19): 1388-93. https://dx.doi.org/10.1056/NEJMoa003005.
  11. Robinson L., Gallos I.D., Conner S.J., Rajkhowa M., Miller D., Lewis S. et al. The effect of sperm DNA fragmentation on miscarriage rates: a systematic review and meta-analysis. Hum. Reprod. 2012; 27(10): 2908-17. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/des261.
  12. Andrabi S.W., Ara A., Saharan A., Jaffar M., Gugnani N., Esteves S.C. Sperm DNA Fragmentation: causes, evaluation and management in male infertility. JBRA Assist. Reprod. 2024; 28(2): 306-19. https://dx.doi.org/10.5935/1518-0557.20230076.
  13. Мазилина М.А., Комарова Е.М., Лесик Е.А., Федорова И.Д., Гзгзян А.М. Влияние фрагментации ДНК сперматозоидов на эффективность оплодотворения и развитие эмбрионов человека, культивируемых in vitro. Акушерство и гинекология. 2017; 3: 69-74. [Mazilina M.A., Komarova E.M., Lesik E.A., Fedorova I.D., Gzgzyan A.M. Impact of sperm DNA fragmentation on the efficiency of fertilization and the development of human embryos cultured in vitro. Obstetrics and Gynecology. 2017; (3): 69-74. (in Russian)]. https://dx.doi.org/10.18565/aig.2017.3.69-74.
  14. Evenson D., Wixon R. Meta-analysis of sperm DNA fragmentation using the sperm chromatin structure assay. Reprod. Biomed. Online. 2006; 12(4): 466-72. https://dx.doi.org/10.1016/s1472-6483(10)62000-7.
  15. Vandekerckhove F.W., De Croo I., Gerris J., Vanden Abbeel E., De Sutter P. Sperm chromatin dispersion test before sperm preparation is predictive of clinical pregnancy in cases of unexplained infertility treated with intrauterine insemination and induction with clomiphene citrate. Front. Med. (Lausanne). 2016; 3: 63. https://dx.doi.org/10.3389/fmed.2016.00063.
  16. Esteves S.C., Zini A., Coward R.M., Evenson D.P., Gosálvez J., Lewis S.E.M. et al. Sperm DNA fragmentation testing: Summary evidence and clinical practice recommendations. Andrologia. 2021; 53(2): e13874. https://dx.doi.org/10.1111/and.13874.
  17. Дударова А.Х., Смольникова В.Ю., Макарова Н.П., Зобова А.В., Горшинова В.К., Калинина Е.А., Наими З. Ассоциация фрагментации ДНК сперматозоидов c эмбриологическими показателями и результативностью программ вспомогательных репродуктивных технологий. Акушерство и гинекология. 2017; 6: 91-8. [Dudarova A.Kh., Smolnikova V.Yu., Makarova N.P., Zobova A.V., Gorshinova V.K., Kalinina E.A., Naimi Z. The association of sperm DNA fragmentation with embryological characteristics and effectiveness of assisted reproductive technology programs. Obstetrics and Gynecology. 2017; (6): 91-8. (in Russian)]. https://dx.doi.org/10.18565/aig.2017.6.91-8.
  18. Zini A., Boman J.M., Belzile E., Ciampi A. Sperm DNA damage is associated with an increased risk of pregnancy loss after IVF and ICSI: systematic review and meta-analysis. Hum. Reprod. 2008; 23(12): 2663-8. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/den321.
  19. Avendaño C., Franchi A., Duran H., Oehninger S. DNA fragmentation of normal spermatozoa negatively impacts embryo quality and intracytoplasmic sperm injection outcome. Fertil. Steril. 2010; 94(2): 549-57. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2009.02.050.
  20. Zini A., Meriano J., Kader K., Jarvi K., Laskin C.A., Cadesky K. Potential adverse effect of sperm DNA damage on embryo quality after ICSI. Hum. Reprod. 2005; 20(12): 3476-80. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/dei266.
  21. Morris I.D., Ilott S., Dixon L., Brison D.R. The spectrum of DNA damage in human sperm assessed by single cell gel electrophoresis (Comet assay) and its relationship to fertilization and embryo development. Hum. Reprod. 2002; 17(4): 990-8. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/17.4.990.
  22. Henkel R., Kierspel E., Hajimohammad M., Stalf T., Hoogendijk C., Mehnert C. et al. DNA fragmentation of spermatozoa and assisted reproduction technology. Reprod. Biomed. Online. 2003; 7(4): 477-84. https://dx.doi.org/10.1016/s1472-6483(10)61893-7.
  23. Hansen M., Bower C., Milne E., de Klerk N., Kurinczuk J.J. Assisted reproductive technologies and the risk of birth defects--a systematic review. Hum. Reprod. 2005; 20(2): 328-38. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/deh593.
  24. Olson C.K., Keppler-Noreuil K.M., Romitti P.A., Budelier W.T., Ryan G., Sparks A.E. et al. In vitro fertilization is associated with an increase in major birth defects. Fertil. Steril. 2005; 84(5): 1308-15. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2005.03.086.
  25. Bungum M., Humaidan P., Axmon A., Spano M., Bungum L., Erenpreiss J. et al. Sperm DNA integrity assessment in prediction of assisted reproduction technology outcome. Hum. Reprod. 2007; 22(1): 174-9. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/del326.
  26. Lewis S.E., John Aitken R., Conner S.J., Iuliis G.D., Evenson D.P., Henkel R. et al. The impact of sperm DNA damage in assisted conception and beyond: recent advances in diagnosis and treatment. Reprod. Biomed. Online. 2013; 27(4): 325-37. https://dx.doi.org/10.1016/j.rbmo.2013.06.014.
  27. Haddock L., Gordon S., Lewis S.E.M., Larsen P., Shehata A., Shehata H. Sperm DNA fragmentation is a novel biomarker for early pregnancy loss. Reprod. Biomed. Online. 2021; 42(1):175-84. https://dx.doi.org/10.1016/j.rbmo.2020.09.016.
  28. Zhao J., Zhang Q., Wang Y., Li Y. Whether sperm deoxyribonucleic acid fragmentation has an effect on pregnancy and miscarriage after in vitro fertilization/intracytoplasmic sperm injection: a systematic review and meta-analysis. Fertil. Steril. 2014; 102(4): 998-1005.e8. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2014.06.033.
  29. Sakkas D., Urner F., Bizzaro D., Manicardi G., Bianchi P.G., Shoukir Y. et al. Sperm nuclear DNA damage and altered chromatin structure: effect on fertilization and embryo development. Hum. Reprod. 1998; 13 (Suppl. 4): 11-9. https://dx.doi.org/10.1093/humrep/13.suppl_4.11.
  30. Frydman N., Prisant N., Hesters L., Frydman R., Tachdjian G., Cohen-Bacrie P. et al. Adequate ovarian follicular status does not prevent the decrease in pregnancy rates associated with high sperm DNA fragmentation. Fertil. Steril. 2008; 89(1): 92-7. https://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2007.02.022.
  31. Gosden R., Trasler J., Lucifero D., Faddy M. Rare congenital disorders, imprinted genes, and assisted reproductive technology. Lancet. 2003; 361(9373): 1975-7. https://dx.doi.org/10.1016/S0140-6736(03)13592-1.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».