CC BY
63
Научни трудове на Съюза на учените в България - Пловдив. Серия Г. Медицина, фармация и дентална медицина т. ХХ. ISSN 1311-9427 (Print), ISSN 2534-9392 (On-line). 2017. Scientific works of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series G. Medicine, Pharmacy and Dental medicine, Vol. ХХ. ISSN 1311-9427 (Print), ISSN 2534-9392 (On-line). 2017.
ГЕНЕТИЧНИ АСПЕКТИ ПРИ МЪЖКИЯ ИНФЕРТИЛИТЕТ
Александър Линев2, Христо Иванов1, Иван Желязков2, Цаню Кръстев1'2, Вили Стоянова1'2 1Катедра Педиатрия и Медицинска Генетика, Медицински университет, Пловдив 2Отделение по медицинска генетика, УМБАЛ „Свети Георги"ЕАД
Пловдив
GENETIC ASPECTS OF MALE INFERTILITY Aleksandar Linev2, Hristo Ivanov1, Ivan Zhelyazkov2, Tzaniu Krastev1,2,
Vili Stoyanova1,2
department of Pediatric and Medical Genetics, Medical University
Plovdiv, Bulgaria
^Department of Medical Genetics ,University Hospital Saint George
Plovdiv, Bulgaria
Abstract
Infertility is a problem that affects 10-15 % of couples, and approximately half of these cases of infertility are due to male. Genetic factors determine 15-30 % of cases of male infertility. The formation of sperm is a complex process involving various stages of differentiation, each of which is controlled by a complex genetic program. Genetic aspects of male infertility may be due to chromosomal, monogenic, multifactorial disorders, imprinting disorders or endocrine and urological diseases of genetic origin. Genes control various physiological processes associated with spermatogenesis, including hypothalamic-pituitary-developing germ cells, and differentiation. No matters of the studies up to now, the reasons for some of the cases of male infertility remain unexplained. The present study was aimed to determine the role and importance of chromosomal aberrations and Y-chromosome microdeletion in male infertility.
Conclusion: Structural aberration in sex and autosomal chromosomes can lead to reproductive problems. The results indicate the need for cytogenetic analysis of such patients. One of the most frequently identified molecular genetic causes of male infertility is submicroscopic deletions of the long arm of the Y chromosome. Identifying the type of these microdeletions is important to specify further behavior in patients with azoospermia and oligospermia.
Keywords: infertility; cytogenetic; chromosome aberrations; Y-microdeletions
Въведение
Около 15% - 30% от случаите на мъжки стерилитет са свързани с генетични аномалии, които водят до частични или пълни герминативни проблеми (Yoshida,1997). При 5%-10% от случаите на олигозооспермия и при 15%-25% от случаите с необструктивна азооспермия се доказват хромозомни аномалии (Dada, 2008). Тези аномалии могат да бъдат бройни и
структурни, балансирани и небалансирани, гонозомни и автозомни, пълни и мозаечни форми.
Значението на Y-хромозомата за мъжки инфертилитет е предположено още при установяване чрез цитогенетични анализи на терминални микроделеции, при които хетерохроматинът на Yq изцяло липсва. Най-честите микроделеции в Y-хромозомата се наблюдават в зоната на AZF гените. Пациенти, с делеции в AZFa, AZFb или AZFc, показват различна степен на нарушения в сперматогезата (Navarro-Costa, 2010). Делеции в AZFa региона най-често са свързвани с азооспермия, представена със Sertoli-cell only syndrome (SCOS) и по-рядко с олигоспермия. Делеции в AZFb региона са свързани с блокиране на сперматогенезата на ниво сперматоцит (Spc). Делеции в AZFc региона са свързани със SCOS и се характеризира с по-малко на брой сперматогонии (Spg).Въпреки наблюдаваните негативни ефекти на AZF-микроделециите, наличието на остатъчна сперматогенеза остава все още неизяснено. Предполага се, че взаимодействието между делеции в AZF региона с други гени или генни групи може би оказва влияние върху сперматогенезата (Navarro-Costa, 2010).
Целта на проучването е определяне ролята и значението на хромозомните аберации и микроделециите на Y-хромозомата за мъжкото безплодие.
Материали и методи.
На 503 пациента е проведена медико-генетична консултация по повод репродуктивни проблеми и извършено цитогенетично изследване - рутинна цитогенетика (GTG и CBG) на лимфоцитни култури. Молекулярно-генетичен анализ е проведен на 73 пациента. На всеки пациент, след екстракция на геномна ДНК от периферни кръвни клетки, са извършени два мултиплексни полимеразни верижни реакции (Multiplex PCR), съдържащи 5 праймерни двойки (по 3 за локусите AZFa,b,c (дистални и проксимални участъци) и контролните локуси SRY и ZFY/X).
Резултати
От извършената медико-генетична консултация при 503 пациента с репродуктивни проблеми, се установи идиопатичен инфертилитет (нормални параметри на семенната течност, но с репродуктивни проблеми) при 429 пациента. При останалите 73 се доказа отклонение от нормалните параметри на семенната течност: азооспермия - при 39 пациента; олигоспермия - при 27; тератозооспермия - при 7. Клинични симптоми на синдром на Клайнфелтър - при 14 .
За определяне на връзката между установените хромозомни аберации и клиничния фенотип е анализиран процентът на аберациите за всяка от 4 категории мъже с репродуктивни проблеми. При 34 (7.9%) от 429 пациента с идиопатичен инфертилитет се установи изменение в кариотипа. При 17 (23.28%) от 73 пациента, с отклонения в количествените и качествените показатели на спермата, се доказаха цитогенетични аберации. Според отклоненията на семенната течност, хромозомните аберации са както следва: от 39 пациента с азооспермия се установи изменение в кариотипа при 11; от 27 пациента с олигоспермия, отклонение в кариотипа се доказва при 5 (с олиготератозооспермия и олигоастенотератозооспермия); при един от тримата пациента, изследвани поради лоша морфология на сперматозоидите (тератозооспермия). При 4 от насочените 11 пациента с клинични симптоми за Клайнфелтър, с конвенционален цитогенетичен анализ се доказа пълна форма на синдрома.
От проведения молекулярно-генетичен анализ на 73-те пациента с отклонения в количествените и качествените показатели на спермата при 16 пациета се доказа наличие на микроделеция. Най-голям е процентът на делеции в AZFc региона (14 пациента с азоосермия). Само при 1 пациент с азооспермия се установи делеция в Л^а, а при 1 с олигоспермия - комбинирана делеция в AZFb и AZFc региона.
Дискусия
В настоящето цитогенетичият анализ на изследваните 503 мъже с репродуктивни проблеми, показа, че случаите на хетерохроматинов полиморфизъм, самостоятелно или в комбинации, са най-честите хромозомни преустройства. Тези хромозомни варианти са количествени или позиционни модификации на конститутивния хетерохроматин. Предполага се, че засягат формирането и функцията на гаметите при мъжа, най-вероятно вследствие на подтискащия им ефект върху иначе нормално експресирани гени (Minocherhomji, 2009). По-голяма е честотата на хетерохроматиновия полиморфизъм при пациенти с идиопатичен инфертилитет (30%) в сравнение с пациентите с отклонения в сперматогенезата. Въпреки проучванията за ролята на хромозомния полиморфизъм при инфертилитета (Christofolini, 2012; Hong, 2011) и независимо от високата честота на тези варианти при пациенти с репродуктивни неудачи, все още остава неясно значението им за процесите водещи до инфертилитет. Разглеждани спрямо отделните хромозоми, най-чести аберации се установиха в хромозома 9 (19 пациента-3.97%). Инверсия на хромозома 9 (inv (9) (p11q12)) е най-честата аберация 2.31% (10 пациента). По-високата ú честота при инфертилни мъже се потвърждава и от други автори (Mozdarani, 2007). Всичките 10 пациента бяха с идиопатичен инфертилитет. Допуска се, че inv 9 има ефект само върху генезата на половите клетки, но не и на соматичните. Предишни изследвания показват, че инверсията на хромозома 9 може да доведе до репродуктивна недостатъчност и появата на аномалии в поколението (Uehara, 1992), поради влияние на инверсията върху сперматогенезата (Morel, 2007). Инверсия 9 предразполага за производство на гамети с небалансиран хромозомен набор, дори ако инвертираният регион включва само хетерохроматин. Увеличеният хетерохроматин на хромозома 9 (9qh +) се установи при 1.78% (9 пациента). Един от тях е с олигоспермия, двама с азооспермия и шест с идиопатичен инфертилитет. Високата честота на хетероматиновите варианти в безплодните мъже са в подкрепа на становището, че големите хетерохроматинови блокове могат да дестабилизират сдвояването на хромозомите и да причинят мейотичен арест, което да доведе до безплодие (Lissitsina, 2003). Поради това се допуска асоцииране на хетерохроматиновите блокове с потискането на генната експресия, (Minocherhomji, 2009). Нискостепенните мозайки са следващата по честота аберация, при нашите пациенти. Срещат се както бройни ,така и структурни. Синдромът на Клайнфелтер е най-честата бройна хромозомна аберация и е най-честата причина за азооспермия (Kumar, 2007). Синдром на Клайнфелтер (пълна и мозаечна форма) се установи при 1,4% от пациентите. Голямото разнообразие на фенотипа при този синдром често е причина за късно диагностициране или недиагностициране. Особено затруднение създават пациентите с по-лека фенотипна изява и нискостепенна мозаечна форма. Мозаечна форма на синдром на Клайнфелтер се установи при пациент с нормоспермия (46,XY(96%)/47,XXY(4%) и един пациент с тератозооспермия в комбинация с нискостепенна транслокация (46,XY/47XXY(4%)/46XY,t(1;4)(q44;q31.3)(4%)). Въпреки че метафазното кариотипиране на лимфоцити от периферна кръв е все още златен стандарт за диагностициране на хромозомни аберации, ниското ниво на мозаицизъм често остава скрито за конвенционалния цитогенетичен анализ.
Една от най-често идентифицираните молекулярно генетични причини за мъжкото безплодие са субмикроскопичните делеции на дългото рамо на Y хромозомата в трите сперматогенетични локуса, наречени фактори на азооспермия (AZFa, AZFb, AZFc) (Harton, 2012). По-голяма част от микроделеците възникват de novo, в резултат на междухромозомна хомоложна рекомбинация в рамките на този регион (Navarro-Costa, 2010). Основния процент от делеции при изледваните от нас пациенти се откри в AZFc региона. Делеции в AZFc региона са свързани със SCOS (Sertoli-cell only syndrome). SCOS се характеризира с липса на зародишни клетки в семенните каналчета, малки тестиси, повишено ниво
на фоликулостимулиращ хормон и нормално ниво на тестостерона. Проявява се от азооспермия, частична олигоспермия и продуциране на недостатъчно зрели сперматозоиди (Navarro-Costa, 2010).
Микроделециите отсраняват един или повече от кандидат гените, в резултат на което причиняват различни дефекти в сперматогенезата. Счита се, че кандидат гените в AZF регионите играят критична роля в регулацията на герменативния клетъчен цикъл и мейозата. Делециите в различните региони водят до различен фенотип (от нормоспермия до тежка олигоспермиа и азооспермия), като корелацията между генотип - фенотип е сложна, поради широко вариращи фенотипове (Harton, 2012). Настоящите проучвания предполагат, че разнообразната клинична изява на нарушенията в гаметогенезата е резултат на сложната й регулация.
Заключение: Структурните преустройства в половите и автозомните хромозоми могат да доведат до репродуктивни проблеми. Резултатите показват необходимостта от цитогенетични и молекулярно генетични анализи на пациенти с репродуктивни проблеми. Една от най-често идентифицираните молекулярно генетични причини за мъжкото безплодие са субмикроскопичните делеции на дългото рамо на Y хромозомата. Установяване вида на тези микроделеции е от значение за уточняване понататъшното поведение при пациенти с азооспермия и олигоспермия.
Литература:
1. Yoshida A.,K. Miura, M. Shirai. Cytogenetic survey of 1,007 males. Urol Int. 58(3),1997,166-176.
2. Dada R., et al. Genetic screening in couples experiencing recurrent assisted procreation failure. Ind J Biochem Biophys., 45, 2008,116-120.
3. Selice R., et al. Spermatogenesis in Klinefelter syndrome. J Endocrinol Invest., 33, 2010, 789-793.
4. Navarro-Costa, P., et al. The AZFc region of the Y chromosome: at the crossroads between genetic diversity and male infertility. Hum Reprod Update ,2010, 16: 525-42.
5. Minocherhomji S, et al. A case-control study identifying chromosomal polymorphic variations as forms of epigenetic alterations associated with the infertility phenotype. Fertil Steril., 92(1), 2009, 88-95.
6. Christofolini D, et al. Correlation between Chromosomal Variants and Male Infertility in a Population of Brazilian Infertile Men. Reproductive Sys Sexual Disord 2012, 1:1-6.
7. Hong Y, et al. Do polymorphic variants of chromosomes affect the outcome of in vitro fertilization and embryo transfer treatment? Hum Reprod., 26, 2011, 933-940.
8. Mozdarani, H., et al. Impact of pericentric inversion of Chromosome 9 [inv (9) (p11q12)] on infertility. Indian J Hum Genet.,2007,13:26-9
9. Uehara, S., et al. Pericentric inversion of chromosome 9 in prenatal diagnosis and infertility. J Exp Med., 1992,166:417-27.
10. Morel, F., et al. Meiotic segregation analysis in spermatozoa of pericentric inversion carriers using fluorescence in-situ hybridization. Hum Reprod., 2007, 22: 136-141
11. Lissitsina, J., R. Mikelsaar, K. Varb - Cytogenetic study in infertile men. Ann Genetic, 2003, 46: 185
12. Kumar R, et al. Structural chromosomal anomalies and their association with reproductive failure. Obstet Gynecol Today. 2007;12:152-4.
13. Harton, et al. Chromosomal disorders and male infertility. Asian Journal of Andrology, 2012, 14, 32-39
