CC BY
21УДК 616.69-008.6:575.224.23
Е.Г. Требка1, А.В. Богачева2, Н.Б. Гусина1
ХРОМОСОМНЫЕ ТРАНСЛОКАЦИИ КАК ПРИЧИНА
ОЛИГОЗООСПЕРМИИ ТЯЖЕЛОЙ СТЕПЕНИ И НЕОБСТРУКТИВНОЙ АЗООСПЕРМИИ У МУЖЧИН
:РНПЦ «Мать и дитя» Республика Беларусь, 220053, г. Минск, ул. Орловская, 66 e-mail: Ekaterina.trebka@gmail.com 2Белорусский государственный университет Республика Беларусь, 220045, г. Минск, ул. Курчатова, 10
В статье представлены результаты исследования частоты разных типов хромосомных транслокаций в группах пациентов с олигозооспермией тяжелой степени и пациентов с необструктивной азооспермией. Обсуждается влияние носительства транслокаций на степень повреждения сперматогенеза у мужчин. Полученные данные указывают на негативное влияние на сперматогенез транслокаций с вовлечением половых хромосом, реципрокных транслокаций с вовлечением крупных хромосом, сочетания транслокации с трисомией половых хромосом в составе одного кариотипа.
Ключевые слова: олигозооспермия, необструктивная азооспермия, кариотип, транслокация.
Введение
Бесплодие, согласно определению ВОЗ, — это отсутствие беременности при регулярной половой жизни без предохранения в течение по крайней мере года. Частота бесплодного брака, по данным ВОЗ, составляет 10-15% от общего числа супружеских пар и не имеет тенденции к снижению. При этом нарушение репродуктивной функции у мужчин обусловливает до 40-50% всех случаев бесплодия супружеских пар [1-3]. Клинические проявления нарушений репродуктивной функции у мужчин могут выражаться различной степенью гипоспермато-генеза от олигозооспермии до азооспермии и синдрома «только клетки Сертоли». Предполагается, что 30-50% тяжелых форм мужского бесплодия могут быть вызваны генетическими причинами, и наиболее распространенными из них являются хромосомные аномалии.
Согласно результатам исследований разных популяций к наиболее распространенным хромосомным аномалиям у мужчин с бесплодием относят количественные и структурные аномалии половых хромосом, которые вызывают снижение числа сперматозоидов вплоть до полного блока сперматогенеза [3-9]. Большинство исследователей также отмечают повышенную частоту структурных аномалий
аутосом, однако носительство транслокаций обычно не рассматривается в контексте выраженного негативного влияния на процесс сперматогенеза. Транслокации относятся к сбалансированному типу хромосомных перестроек, при котором происходит обмен участками между хромосомами (реципрокные транслокации, РцТ) или центрические слияния акро-центрических хромосом (робертсоновские транслокации, РбТ).
Носительство сбалансированной транслокации, как правило, не сопровождается нарушениями фенотипа. Однако у носителей существует повышенный риск дисбалансного кариотипа у плода при наступлении беременности, что может сопровождаться спонтанным прерыванием беременности или развитием хромосомной болезни у будущего ребенка. Помимо транслокаций между аутосомами встречаются крайне редкие транслокации с вовлечением половых хромосом. Подобные типы транслокаций у мужчин приводят к остановке мейотического деления и азооспермии. Исключение составляют транслокации с вовлечением спутничных районов акроцентрических хромосом и гетерохроматина Y-хромосомы.
Анализ литературы показал, что транслокации являются одной из самых распростра-
ненных структурных аберраций хромосом не только в общей популяции, но и у мужчин с бесплодием. Однако в большинстве исследований главным образом указана частота транслокаций в обобщенных группах мужчин с бесплодием или с олигозооспермией без сравнения особенностей разных видов транслокаций и их частот относительно степени повреждения сперматогенеза.
Цель настоящего исследования — установить частоты транслокаций в группах мужчин с олигозооспермией тяжелой степени и азооспермией, оценить влияние разных типов хромосомных транслокаций на степень повреждения сперматогенеза, определить типы транслокаций, приводящие к полному блоку сперматогенеза.
Материалы и методы
Для характеристики спектра хромосомных мутаций у мужчин с тяжелыми формами нарушения сперматогенеза в Беларуси проводилось кариотипирование лимфоцитов периферической крови с использованием стандартной методики дифференциального окрашивания GTG-banding. Препараты метафазных хромосом получали после культивирования ФГА-стимулированных лимфоцитов в течение 72 часов. В качестве дополнительного исследования для уточнения размеров и локализации гетерохроматиновых районов хромосом использовался метод CBG-banding. Уровень разрешения микроскопирования — 550 бэндов на гаплоидный геном. Результат кариотипиро-вания представлен согласно действующей на момент исследования номенклатуре записи кариотипа человека International System for human Cytogenetic Nomenclature (ISCn).
Группы исследования составили мужчины, проходившие обследование по направлению врача-андролога или репродуктолога в связи с бесплодием в семье. Анализ спермограммы проводился в соответствии с рекомендациями ВОЗ (согласно действующему на момент обследования издания — № 3, 4, 5).
Показанием для кариотипирования был результат двукратного исследования эякулята с трехнедельным интервалом — тяжелые нарушения сперматогенеза — при условии исключения обструкции семявыносящих протоков. Цитогенетические исследования проводились в двух группах мужчин: с необструктивной
азооспермией (598 мужчин) и с олигозооспер-мией тяжелой степени (тс) (113 мужчин).
Статистический анализ осуществляли с помощью графической оболочки для работы с языком программирования R - R-Studio 3.5.1, система пакетов Tidyverse 1.2.1. Для представления номинальных данных использованы частоты: p ± Sp (относительная частота — доля, выраженная в процентах, ± стандартная ошибка доли), абсолютная частота (n — количество объектов исследования). Достоверность различий номинальных переменных оценивали с помощью критерия Пирсона х2 (Pearson Chi-square) и точного критерия Фишера (F-критерий). Статистически достоверными считали различия при уровне значимости p < 0,05.
Результаты и обсуждение
В генетической лаборатории ГУ «РНПЦ "Мать и дитя"» проводился ретроспективный (506 мужчин) и проспективный (205 мужчин) анализ кариотипов у мужчин с тяжелыми нарушениями сперматогенеза. Группа пациентов с необструктивной азооспермией составила 84,1% (598/711), с олигозооспер-мией тс — 15,9% (113/711). Средний возраст мужчин (±SD) в группе с азооспермией составил 30,4 ± 5,3 года (20-49), в группе с олигозо-оспермией тс — 32,1 ± 5,5 года (23-49). Необходимо отметить, что в данном случае возраст пациентов не отражает клинические или биологические аспекты бесплодия, а характеризует лишь возраст обращения за специализированной помощью и начало углубленного обследования мужского фактора бесплодия.
Согласно многочисленным исследованиям мужского фактора бесплодия у мужчин с резко сниженным числом сперматозоидов (менее 5 млн/мл) наблюдается многократно повышенная частота хромосомных мутаций по сравнению с общей популяцией. Также отмечены статистически значимые различия в частотах хромосомных аномалий между группой мужчин с олигозооспермией тс и группой мужчин с концентрацией сперматозоидов 5-15 млн/мл [5]. Для сравнения влияния разных видов хромосомных аномалий на степень повреждения сперматогенеза в табл. 1 приведены обобщенные результаты наиболее крупных исследований.
Также исследователи генетических причин мужского бесплодия не отмечают корреляции
других показателей спермограммы (объем эякулята, подвижность и морфология сперматозоидов) с носительством хромосомных аномалий. Некоторые исследователи указывают на особенности гормонального статуса (повышенные уровни фолликулстимулирующего и лютеинизирующего гормонов, сниженные показатели тестостерона) и снижение общего объема testis, как на возможные прогностиче-
ские критерии гипофункции мужских гонад, обусловленной хромосомными аномалиями [8, 12]. Учитывая данные литературы, в группы исследования в нашей работе вошли мужчины только с необструктивной азооспермией и олигозооспермией тс.
Данные кариотипирования пациентов ретроспективного и проспективного исследований представлены в табл. 2.
Таблица 1
Хромосомные аномалии у мужчин с азооспермией и олигозооспермией (обобщенные
результаты разных исследований)
Общее число хромосомных аномалий, n/% Патология Патология аутосом (число выявленных пациентов, nn/%) Всего обследовано пациентов, n
половых хромосом (число выявленных пациентов, n/% РбТ РцТ Всего структурных аномалий (в т. ч. inv, mar)
Новорожденные [4] 363/0,4 131/0,1 76/0,1 98/0,1 232/0,25 94465
Пациенты с
олигозооспермией разной степени (результаты 6 исследований) [4, 10] 84/4,7 30/1,7 28/1,6 13/0,7 54/3,0 1777
Пациенты с
азооспермией и олигозооспермией разной степени тяжести (результаты 6 исследований) [4] 395/5,2 296/3,9 45/0,6 32/0,4 99 /1,3 7581
Пациенты с
азооспермией (результаты 8 исследований) [4, 10, 11] 226/13,4 205/12,1 3/0,2 14/0,8 21/1,2 1690
Примечание. inv — инверсия, mar — маркерная хромосома
Таблица 2
Спектр хромосомных аномалий у мужчин с тяжелыми формами нарушения сперматогенеза
Группа, человек Всего пациентов, n Всего выявлено патологии, n n >н" X X n х" n >н" К in n >н" >Н X der (Y), n n < Структурная патология аутосом, n Сочетанный кариотип, n
Всего пациентов с азооспермией 598 110 90 11 2 6 1*
Всего пациентов с олигозооспермией тс 113 14 3 - - 10 1**
Всего пациентов 711 124 93 11 2 16 2
Примечание. * — у пациента выявлено сочетание 2 хромосомных аномалий—кариотип 46,XXY,der(13;14); ** — у пациента выявлено сочетание 2 хромосомных аномалий — кариотип 46,XYY,der(15;22)
Согласно результатам нашего исследования (табл. 2) частота аномальных кариотипов составила у мужчин с азооспермией 18,4 ± 1,58% (110/598), у мужчин с олигозооспермией тс 12,4% ± 3,10 (14/113).
При сравнении полученных результатов с данными подобных исследований других авторов возникают трудности в точной оценке частот хромосомных аномалий, поскольку многие исследователи рассчитывали частоты для обобщенной группы пациентов с азооспермией и олигозооспермией разной степени тяжести или даже в общей группе бесплодных мужчин без дифференцировки по показателям спермограммы [4, 5, 7, 10, 12]. Также сложно проанализировать результаты вследствие редкости некоторых хромосомных аномалий, особенно при исследовании относительно небольших групп мужчин (менее 100). Применение разных критериев отбора в группы (например, кариотипирование только после исключения иных, кроме генетических, возможных причин бесплодия или алгоритм одновременных исследований), методологические принципы цитогенетического анализа, экологическая и географическая гетерогенность популяций также отражаются на разнице в частотах аномалий. В целом по опубликованным данным результатов кариотипирования других популяций общая частота хромосомных аномалий широко варьирует: у мужчин с азооспермией в пределах 10,0-35,0%, у мужчин с олигозооспермией тс — 0,4-13,3% [1, 3-5, 7-11, 13].
Таким образом, полученные нами частоты не противоречат результатам подобных исследований. Несмотря на то, что наблюдалась тенденция к увеличению частоты в группе мужчин с азооспермией, статистически значимых различий между двумя изучаемыми группами мужчин по частоте встречаемости хромосомной патологии не обнаружено (х2 = 1,9816, р = 0,159).
В группе мужчин с азооспермией преобладают количественные и структурные аномалии половых хромосом над патологией аутосом (17,22 ± 1,54 против 1,0 ± 0,41%), в группе мужчин с олигозооспермией тс наблюдается обратная ситуация — преобладают аномалий аутосом над аномалиями половых хромосом (8,9 ± 2,67% против 2,65 ± 1,51).
Частота кариотипов со структурной патологией аутосом у мужчин с азооспермией
составила 1,0 ± 0,41% (6/598), у мужчин с олигозооспермией тс — 8,9 ± 2,67% (10/113). Повышенная частота аномалий аутосом в нашей группе мужчин с олигозооспермией тс по сравнению с результатами кариотипирования новорожденных и мужчин с олигозоосперми-ей разной степени тяжести (табл. 1) указывает на негативные последствия структурных аномалий аутосом на сперматогенез. Установлено, что частота структурных аберраций аутосом достоверно ниже у мужчин с азооспермией, чем у мужчин с олигозооспермией тс (х2 = 23,152, р < 0,001). Согласно нашим данным есть основания полагать, что аномалии аутосом имеют более «мягкие» последствия на развитие сперматозоидов и крайне редко приводят к полному блоку сперматогенеза в отличие от аномалий половых хромосом.
В нашем исследовании 711 мужчин с нарушениями сперматогенеза были установлены следующие виды транслокаций: робертсонов-ские, реципрокные, транслокации с участием половой Х-хромосомы. Среди 6 случаев структурной патологии аутосом в группе мужчин с азооспермией выявлены 3 транслокации, по одной инверсии, кольцевой хромосоме и маркерной хромосоме. Среди 10 случаев ау-тосомной патологии в группе пациентов с оли-гозооспермией тс выявлены 7 транслокаций и 3 инверсии. Установленные транслокации представлены в табл. 3.
После выявления структурных аберраций у пациентов были предприняты попытки получить согласие кариотипировать родителей, но в большинстве случаев пациенты отказались травмировать близких, поэтому тип наследования не определен. По данным литературы в большинстве случаев другие члены семьи также были недоступны для кариотипирования.
Многие исследователи полагают, что ау-тосомные транслокации могут вызывать повреждения сперматогенеза и приводить к оли-гозооспермии или азооспермии. По данным различных исследований частота аутосомных транслокаций у мужчин с бесплодием широко варьирует. Такая вариабельность, как и в случае расчета частоты всех хромосомных аномалий в подобных выборках, обусловлена методологическими особенностями цитогене-тических исследований (различные подходы в оценке хромосомных полиморфизмов, уро-
Таблица 3
Транслокации у пациентов с тяжелыми нарушениями сперматогенеза (результаты ретроспективного и проспективного исследований)
Пациенты с необструктивной азооспермией Пациенты с олигозооспермией тс
Ретроспективное исследование Транслокации 1.46,ХУД(1;4)(р22;р16) 2.46,ХУД(2;3)(р23;р21) 3.44,ХУ4ег(13;14)^10^10) аег(14;21)^10^10) 1.45,ХУ4ег(13;14)^10^10) 2.46,ХУУ4ег(15;22)^10^10)
Всего исследований 477 29
Проспективное исследование Транслокации 1.46,УД(Х;19)(р10^10) 2.46,УД(Х;7)^22^32)ог^26я36)та1 3.46,ХХУ4ег(13;14)^10^10)ап 1-4.45,ХУ4ег(13;14)^10^10) 5.46,ХУД(1;10)^21^26)та1 6.46,ХУД(1;13)№1.3^14.1)
Всего исследований 121 84
Частота аутосомных транслокаций, % 0,7 ± 0,33 (4*/598) 7,1 ± 2,41 (8*/113)
Частота РбТ, % 0,3 ± 0,23 (2/598) 5,3 ± 2,11 (6/113)
Частота РцТ, % 0,3 ± 0,23 (2/598) 1,8 ± 1,24 (2/113)
Примечание. * — в общее число включен случай кариотипа с сочетанием двух хромосомных аномалий
вень разрешения при микроскопировании), различными критериями отбора пациентов в группы, величиной выборки. Также имеет значение популяционная, географическая, экологическая, генетическая гетерогенность. Также показано, что у части мужчин с транслокациями наблюдается нормозооспермия [14]. Так, в исследовании Vozdova et а1. (2013) установлено, что у 30,8% мужчин-носителей РбТ и у 59,5% мужчин-носителей РцТ наблюдается нормозооспермия.
Обнаружены статистически достоверные различия между частотами встречаемости ау-тосомных транслокаций в изучаемых группах мужчин — 0,7 ± 0,33% против 7,1 ± 2,41 % (р < 0,001, F-критерий). В связи с этим можно предположить, что аутосомные транслокации в основном приводят к гипосперматогенезу и в крайне редких случаях вызывают полный блок сперматогенеза.
В нашей работе РбТ выявлены у мужчин с олигозооспермией тс, в группе мужчин с азооспермией — только в сочетании с трисо-мией половых хромосом 46,XXY,der(13;14) и при наличии двух РбТ в одном кариотипе 44,ХУ^ег(13;14)^ег(14;21). Наиболее частая (7 из 8) выявленная транслокация у мужчин с бесплодием, как и в общей популяции, —
der(13;14)(q10;q10) (табл. 3), что согласуется с данными исследований других популяций [15].
Установленная нами частота РбТ 5,3 ± 2,11% у пациентов с олигозооспермией тс в несколько раз превышает частоту РбТ 0,08-1,2% среди новорожденных [4, 16]. Наличие РбТ у мужчин с азооспермией считается крайне редким событием. Установленная частота РбТ у пациентов с азооспермией 0,3 ± 0,23% лежит в пределах частот РбТ согласно данным других исследований — менее 1% (табл. 1) [13, 16]. Обнаруженные статистически значимые различия между частотами встречаемости РбТ в изучаемых группах мужчин (р < 0,001, F-критерий) указывают на большую вероятность развития олигозооспермии тс, чем азооспермии при носительстве РбТ.
РцТ выявлены также в обеих группах пациентов — у мужчин с азооспермией и олигозо-оспермией тс. В нашем исследовании частота РцТ у мужчин с олигозооспермией тс выше, чем у мужчин с азооспермией — 1,8 ± 1,24% против 0,3 ± 0,23%, что согласуется с исследованиями других авторов [14]. Однако статистически достоверных различий между частотами встречаемости РцТ в двух группах мужчин не обнаружено (р = 0,121, F-критерий). Если принимать во внимание, что популяционные частоты РцТ
оцениваются как 0,09-0,12% [4, 17, 18], то полученные нами частоты значительно превышают популяционную частоту.
Рассматриваются различные возможные причины нарушения сперматогенеза при ау-тосомных транслокациях: формирование транслокационных фигур [17], преждевременная инактивация Х-хромосомы [4], локализация критичных для сперматогенеза генов на кандидатных аутосомах [19, 20], нарушение коньюгации, сегрегации хромосом [21], фрагментация ДНК [22, 23]. Таким образом, в силу перечисленных причин исследователи сделали заключение, что транслокации могут быть причиной массовой гибели клеток спер-матогенного ряда и нарушения сперматогенеза у мужчин носителей [22].
При анализе структурных перестроек хромосом выявлена взаимосвязь нарушения сперматогенеза со спецификой вовлеченных в транслокации хромосом и локализацией точек разрыва. Во всех установленных нами случаях в перестройках участвовали крупные хромосомы (одна из транслоцированных хромосом относится к группам А, В). Причем в 4 выявленных случаях из 5 встретилась транслокация с участием хромосомы 1, и в 3 случаях разрыв хромосомы 1 произошел в локусе Ц21, что согласуется с данными других исследований по преобладающей частоте вовлечения хромосомы 1 в перестройки и, в частности, локуса Ц21 [10, 14, 20, 24-26].
Для выявления связи нарушения сперматогенеза с изменением целостности хромосомы 1 вероятны следующие гипотезы:
1) в течение мейоза перестроенная хромосома 1 вступает в ассоциацию с ХУ-бивалентом (по аналогии с другими описанными в литературе аутосомными транслокациями), что приводит к блоку сперматогенеза;
2) на хромосоме 1, вероятно, локализованы гены, ответственные за сперматогенез у мужчин; повреждение данных генов нарушает продукцию сперматозоидов;
3) характерной особенностью хромосомы 1 является крупный блок прицентромерного ге-терохроматина, способный при перестройках хромосомы нарушать нормальное образование синаптонемального комплекса (например, как описано у носителей перицентрических инверсий хромосомы 1) [24].
В литературе встречаются редкие описания транслокаций с вовлечением половых хромосом. Исследователи, изучающие сперматогенез у мужчин носителей ^Х;А) (где А-аутосома), сделали вывод, что ^Х;А) всегда способствует нарушению сперматогенеза независимо от локализации точек разрыва на Х-хромосоме [4, 15]. В большинстве случаев ^Х;А) у мужчин с азооспермией точки разрывов на Х-хромосоме локализованы в локусах Хр22 [18, 30-32] или Xq13-q26 [15].
В нашем проспективном исследовании у двух мужчин с азооспермией выявлены транслокации с участием Х-хромосомы — ^Х;19) (р10^10) и t(X;7)(q22~q26;q32~q36)mat. При транслокации ^Х;19)(р10^10) точки разрывов локализованы в области центромер, как и в описанных в литературе случаях ^Х;15) (р11.3;р11), <Х;18)^11;р11.1) [28], 46,УД(Х;20) ^10^10) [29]. Считается, что подобные транслокации оказывают более «мягкие» последствия на сперматогенез (не препятствуют образованию квадривалента, прицентромерные области не содержат активных генов), вызывая олигозооспермию, когда часть зародышевых сперматогенных клеток завершают мейоз с образованием нескольких сперматозоидов с носительством транслокации [29]. Что касается азооспермии у нашего пациента с ^Х;19) (р10^10), следует учитывать, что любая структурная перестройка даже в пределах одной семьи может оказывать разные эффекты на такой многоступенчатый, многофакторный и сложный процесс, как сперматогенез.
Необходимо отметить, что за время проведения исследования в нашей лаборатории больше не было выявлено случаев ^Х;А) у мужчин. Это характеризует данную транслокацию, как крайне редкую патологию, которая имеет негативные последствия на фертильность мужчины.
Также крайне редкими хромосомными аномалиями у человека являются транслокации между У-хромосомой и аутосомой (за исключением транслокаций между гетерохроматиновым районом У-хромосомы Yq12 и спутничными районами акроцентрических хромосом, которые в большинстве случаев являются семейными и не сопровождаются аномалиями фенотипа и бесплодием). В перестройках с участием У-хромосомы главную роль в происхождении азооспермии отводят повреждению локусов
AZF (Azoospermia Factor), гены которых ответственны за процесс сперматогенеза у человека.
За время проведения нашего исследования было установлены всего 3 случая транслокаций Y-хромосомы c неакроцентрической хромосомой. Эти транслокации отсутствуют в табл. 3 и не подлежат статистической обработке в нашем исследовании в связи с тем, что данные пациенты не входили в группы исследования. Кариотип 46,Xt(Y;12)(q12;q13) установлен у мужчины с азооспермией. Кариотип 46,Xt(Y;16)(q12;q24) установлен у фертильно-го мужчины. Кариотипирование в данном случае проводилось в связи с выявлением данной транслокации у плода мужского пола при проведении пренатальной диагностики. В дальнейшем было показано семейное наследование перестройки, в т. ч. дериватной 16 хромосомы по женской линии. Gunel, M. et al (2008) выявили носительство t(Y;16)(q12;q13) с точками разрывов также в «генетически инертном» районе Yq12 у мужчины с азооспермией и крипторхизмом [33]. В перечисленных случаях точки разрывов на Y-хромосоме локализованы в гетерохроматиновом районе q12, локусы AZF остаются неповрежденными, что предполагает другие причины блока сперматогенеза у пациентов с азооспермией. Кариотип 47,XXt(Y;11) (p11.2~11.3;q21)dn выявлен у мальчика 15 лет, направленного на кариотипирование врачом-эндокринологом по поводу гипогонадизма, исследование спермограммы не проводилось. Окончательный диагноз пациента — синдром Клайнфельтера, носительство сбалансированной транслокации.
Установлено, что у пациентов с транслокациями с вовлечением половых хромосом во время мейоза возможны аномалии коньюгации полового пузырька. В результате экстенсивного асинапсиса инактивация X-хромосомы распространяется на аутосомные районы, частично включенные в половой пузырек, что модифицирует факторы генетического фона и в дальнейшем сопровождается дегенерацией сперматоцитов после стадии пахитены и приводит к бесплодию у таких пациентов.
Наиболее интересными с цитогенетических позиций являются случаи сочетания нескольких хромосомных аномалий в одном карио-типе: 44,XY,der(13;14)(q10;q10),der(14;21) (q10;q10), 46,XXY,der(13;14)(q10;q10)dn,
46,XYY, der(15;22)(q10;q10), 47,XXt(Y;11) (p11.2~11.3;q21)dn. Во всех кариотипах присутствует сочетание транслокации с другой аномалией — в трех случаях с трисомией половых хромосом. При наследовании транслокации от родителей или возникновении de novo предполагается, что вторая аномалия возникла либо в той же гамете в мейозе, либо случайно в гамете противоположного пола (комплементация гамет), либо в зиготе во время митотических делений с последующей потерей первичного клона без трисомии. При происхождении двух аномалий в одной гамете (при условии возникновения структурной аномалии de novo) возникает закономерный вопрос о вероятном межхромосомном влиянии и первичности аномалии (транслокация или дисомия половых хромосом). Межхромосомные эффекты (interchromosomal effects, ICE) — нарушения мейоза, когда перестроенные хромосомы повреждают разъединение и расхождение других хромосом, не вовлеченных в перестройку. ICE можно объяснить образованием гетеросинап-сиса между хромосомами, вовлеченными в перестройку, и половым пузырьком, который также может включать и другие хромосомы кроме половых [21, 34].
Межхромосомное влияние РбТ и РцТ на сегрегацию других хромосом в мейозе было экспериментально подтверждено на мышах [35]. У человека межхромосомный эффект впервые был отмечен среди отцов детей с синдромом Дауна, при кариотипировании которых наблюдалась повышенная частота РцТ [34]. В дальнейшем появились исследования, которые изучали уровни анеуплоидии сперматозоидов у носителей хромосомных аберраций. В целом были получены противоречивые данные: некоторые исследователи отмечали ICE у мужчин с РбТ и РцТ (повышенную частоту анеуплои-дии по половым хромосомам и диплоидность), другие — нет [21, 34, 36].Однако до тех пор, пока исследователи не будут владеть данными о происхождении (материнское, отцовское) добавочных хромосом и происхождении транслокации, вопрос о существовании ICE остается открытым [35].
У мужчин с синдромом Клайнфельтера (кари-отипы 46,XXY, der(13;14)(q10;q10), 47,XXt(Y;11) (p11.2~11.3;q21)) в результате преимущественной коньюгации X-хромосом и вследствие этого
малой вероятности образования полового бивалента, нарушений сегрегации половых хромосом [35] и у мужчины с носительством двух гетерозиготных РбТ (кариотип 44,ХУ,ёег(13;14) ^10^10), ёег(14;21)^10^10)) происходит полный блок сперматогенеза. При данном варианте носительства двух РбТ образование сбалансированного по содержанию хромосомного материала сперматозоида маловероятно.
В случае синдрома дисомии У-хромосомы коньюгация половых хромосом осуществляется между двумя У-хромосомами с образованием унивалента Х-хромосомы или между Х-хромосомой и одной из У-хромосом, что не препятствует образованию полового тела и нормальному завершению мейоза в процессе сперматогенеза [15, 27, 35]. У пациента с данным синдромом — кариотип 46,ХУУ, ёег(15;22)^10^10) — даже несмотря на наличие второй хромосомной аномалии в кари-отипе (РбТ) отмечено присутствие сперматозоидов в эякуляте.
Выявленные нами случаи сочетанной патологии в одном кариотипе являются крайне редкими, уникальными аномалиями. В литературе найдено лишь одно описание мужчины с сочетанной хромосомной патологией — гомозиготное носительство РбТ 44,ХУ,ёег(14;15),ёег(14;15) и нормозоосперми-ей (именно вследствие гомозиготности) [34].
Также необходимо отметить специфику типов транслокаций в исследуемых нами группах пациентов. По данным других исследований, приведенных в табл. 1, в группе мужчин с азооспермией наблюдается увеличение частоты РцТ по отношению к частоте РбТ. В нашем исследовании у пациентов с азооспермией частоты РбТ и РцТ оказались одинаковыми (0,3 ± 0,23) в силу того, что у 2 мужчин с РбТ одновременно в ка-риотипе присутствует две хромосомные аномалии (табл. 3) и образуется кариотип, имеющий заведомо негативные последствия на исход мей-оза. Таким образом, можно предположить, что для полного блока сперматогенеза недостаточно наличия одной РбТ в кариотипе мужчины, необходимо сочетание нескольких факторов (в наших случаях это присутствие нескольких аномалий в одном кариотипе). Также с азооспермией ассоциируются сочетание нескольких аномалий в одном кариотипе и транслокации с вовлечением половых хромосом (табл. 3).
Несмотря на визуально определяемые различия между частотами РбТ и РцТ у пациентов с олигозооспермией тс, статистически достоверных различий не выявлено (p = 0,280, F-критерий).
Заключение
Стандартное кариотипирование в настоящее время остается первоочередным, доступным, эффективным исследованием в определении генетических причин бесплодия. Полученные нами результаты обусловлены критериями отбора врачом-андрологом пациентов для генетических исследований: данные осмотра, двукратные исследования спермограммы согласно действующим рекомендациям ВОЗ, исследования гормонов, данные УЗИ.
Ретроспективное и проспективное исследования кариотипов мужчин Беларуси с тяжелыми нарушениями сперматогенеза наряду с количественными аномалиями половых хромосом выявили значительное число структурной патологии. Установлены статистически значимые различия между группой мужчин с олигозооспермией тс и группой мужчин с азооспермией по частоте встречаемости структурной патологии аутосом, аутосомных транслокаций и, в частности, робертсоновских транслокаций. Перечисленные группы хромосомных аномалий превалируют у мужчин с олигозооспермией тс.
Анализ данных литературы и результатов нашего исследования позволяет судить о негативном влиянии на процесс сперматогенеза вплоть до полного блока следующих видов транслокаций: транслокаций с вовлечением половых хромосом, реципрокных транслокаций с вовлечением крупных хромосом, сочетании в одном кариотипе транслокации с трисомией половых хромосом (при этом нельзя исключить вероятность транслокации как первопричины для последующего образования трисомии в кариотипе).
В заключение следует подчеркнуть важность медико-генетического консультирования при выявлении носительства структурных перестроек с целью объяснения пациенту причины бесплодия в семье, оценки риска несбалансированного кариотипа у плода при наступлении беременности, выбора метода лечения бесплодия с использованием программ ВРТ.
Список использованных источников
1. The value of chromosomal analysis in Oligozoospermie men / C. Stegen [et al.] // Fertil Steril. — 2012. — Vol. 98, № 6. — P. 1438-1442.
2. Exploring the relationship between the severity of oligozoospermia and the frequencies of sperm chromosome aneuploidies / B. Durak Aras [et al.] // Andrologia. — 2012. — Vol. 44, № 6. — P. 416-422.
3. Chromosomal abnormalities and Y chromosome microdeletions in infertile men from Morocco / Y. Naasse [et al.] // BMC Urol. —
2015. — Vol. 15 — P. 95-101.
4. Cytogenetics of infertile men / E. Van As-sche [et al.] // Hum Reprod. — 1996. — Vol. 11, № 4. — P. 1-24.
5. Chromosomal abnormalities in patients with oligozoospermia and non-obstructive azoospermia / L.Y. Pylyp [et al.] // J Assist Reprod Genet. — 2013. — Vol. 30, № 5. — P. 729-732.
6. The cytogenetic aspect of male infertility / F. Ammar-Khodja [et al.], // Iran J Reprod Med. — 2014. — Vol. 12, № 12. — P. 835-836.
7. Monabati, A. Cytogenetic Analysis in Infertile Male Patients with Oligospermia and Azoospermia in the Southern Region of Iran, Shiraz / A. Monabati, V. Rekabi, S. Noori // Journal of Cancer Prevention & Current Research. —
2016. — Vol. 6, № 3. — P. 1-5.
8. The Frequency of Chromosomal Abnormalities and Y Chromosome Microdeletions in Infertile Non-Obstructive Azoospermic and Severe Oligozoospermic Males / M.M. Abdel-Razek [et al.] //. Human Andrology. — 2017. — Vol. 7, № 1. — P. 36-48.
9. Multicenter study of genetic abnormalities associated with severe oligospermia and non-obstructive azoospermia / C. Xie [et al.] // J Int Med Res. — 2018. — Vol. 46, № 1. — P. 107-114.
10. Cytogenetic analysis in infertile males with sperm anomalies / E. Etem [et al.] // Marmara Medical Journal. — 2009. — Vol. 22, № 3. — P. 217-224.
11. Genetic Diagnosis in Non-Obstructive Azoospermic Tunisian Men / W. Hammami [et al.] // Austin Journal of Reproductive Medicine and Infertility. — 2015. — Vol. 2, № 2. — P. 1012-1020.
12. Frequency of Chromosomal Abnormalities in Subpopulations of Infertile Males among Chinese Hakka Population / P. Zhao [et al.] //
Journal of Molecular and Genetic Medicine. — 2018. — Vol. 12, № 2. — P. 1-6.
13. Chromosomal and molecular abnormalities in a group of Brazilian infertile men with severe oligozoospermia or non-obstructive azoospermia attending an infertility service / F. A. Mafra [et al.] // Int Braz J Urol. — 2011. — Vol. 37, № 2. — P. 244-251.
14. Male carriers of balanced reciprocal translocations in Northeast China: sperm count, reproductive performance, and genetic counseling / H.G. Zhang [et al.] // Genet Mol Res. — 2015. — Vol. 14, № 4. — P. 18792-18798.
15. Gersen, S.L. The principles of clinical cytogenetics / S.L. Gersen, M.B. Keagle. — 3rd ed. — Springer: USA, 2013. — 569 p.
16. Robertsonian translocation associated with azoospermia / I. Sasagawa [et al.] // Urol Int. — 1989. — Vol. 44, № 6. — P. 379-80.
17. Harton, G.L. Chromosomal disorders and male infertility // G.L. Harton, H.G. Tempest // Asian J Androl. — 2012. — Vol. 14, № 1. — P. 32-39.
18. The case of an infertile male with an uncommon reciprocal X-autosomal translocation: how does this affect male fertility? / K. Karaer [et al.] // Genet Couns. — 2010. — Vol. 21, № 4. — P. 397-404.
19. Pachytene analysis of a man with a 13q;14q translocation and infertility. Behavior of the trivalent and nonrandom association with the sex vesicle / J.M. Luciani [et al.] // Cytogenet Cell Genet. — 1984. — Vol. 38, № 1. — P. 14-22.
20. Autosomal aberrations associated with testicular dysgenesis or spermatogenic arrest in Chinese patients / J.H Guo. [et al.] // Asian J Androl. — 2002. — Vol. 4, № 1. — P. 3-7.
21. Abnormal synapses and recombination in an azoospermic male carrier of a reciprocal translocation t(1;21) / M. Leng [et al.] // Fertil Steril. — 2009. — Vol. 91, № 4. — P. 1293-1296.
22. DNA fragmentation and meiotic segregation in sperm of carriers of a chromosomal structural abnormality / A. Perrin [et al.] // Fertil Steril. — 2009. — Vol. 92, № 2. — P. 583-589.
23. Study of two markers of apoptosis and meiotic segregation in ejaculated sperm of chromosomal translocation carrier patients / F. Brugnon [et al.] // Hum Reprod. — 2006. — Vol. 21, № 3. — P. 685-693.
24. An excess of chromosome 1 breakpoints in male infertility / I. Bache [et al.] // Eur J Hum Genet. — 2004. — Vol. 12, № 12. — P. 993-1000.
25. Translocation breakpoints of chromosome 1 in male carriers: clinical features and implications for genetic counseling / R.X. Wang [et al.] // Genet Mol Res. — 2016. — Vol. 15, № 4. — P. 115-118.
26. Identification of human candidate genes for male infertility by digital differential display / C. Olesen [et al.] // Mol Hum Reprod. — 2001. — Vol. 7, № 1. — P. 11-20.
27. Ньюссбаум, Р.Л. Медицинская генетика / Р.Л. Ньюссбаум, Р.Р. Мак-Иннес, and Х.Ф. Виллард. — Москва: «ГЭОТАР-Медиа», 2010. — 624 c.
28. Segregation of chromosomes in sperm of a t(X;18)(q11;p11.1) carrier inherited from his mother: case report / A. Perrin [et al.] // Hum Re-prod. — 2008. — Vol. 23, № 1. — P. 227-230.
29. ICSI and the transmission of X-autosomal translocation: a three-generation evaluation of X;20 translocation: case report / S. Ma [et al.] // Hum Reprod. — 2003. — Vol. 18, № 7. — P. 1377-1382.
30. A Rare Inherited Reciprocal Translocation Found in Two Male Infertile Siblings / M. Al-
halabi [et al.] // Journal of Fertilization: In Vitro, IVF-Worldwide, Reproductive Medicine, Gen-itics & Stem Cell Biology. — 2014. — Vol. 2, № 1. — P. 103-107.
31. Familial chromosomal translocation X; 22 associated with infertility and recurrent X mosaicism / J.D. Grzesiuk [et al.] // Mol Cytogen-et. — 2016. — Vol. 9. — P. 45-47.
32. Association between male infertility and X;22 translocation. Материалы 2 цитогенетической конференции. — Бразилия, 2011.
33. Azoospermia and cryptorchidism in a male with a de novo reciprocal t(Y;16) translocation / M. Gunel [et al.] // Genet Couns. — 2008. — Vol. 19, № 3. — P. 277-280.
34. Analysis of meiotic segregation patterns and interchromosomal effects in sperm from a Robertsonian translocation family / S. Xu [et al.] // Biomedical Research. — 2014. — Vol. 25, № 2. — P. 233-239.
35. Баранов, В.С. Цитогенетика эмбрионального развития человека / В.С. Баранов, Т.В. Кузнецова. — Санкт-Петербург: Издательство Н.-Л., 2007. — 640 c.
36. Martin, R.H. Cytogenetic determinants of male fertility / R.H. Martin // Hum Reprod Update. — 2008. — Vol. 14, № 4. — P. 379-390.
E.G. Trebka1, A.V. Bahachova2, N.B. Gusina1
CHROMOSOMAL TRANSLOCATIONS AS THE CAUSE OF SEVERE OLIGOZOOSPERMIA AND NON-OBSTRUCTIVE AZOOSPERMIA
IN MEN
Republican Scientific and Practical Center "Mother and child" Minsk, 220053, the Republic of Belarus
2Belarusian State University Minsk, 220045, the Republic of Belarus
The Article presents the investigation results on the frequency of different types of chromosomal translocations in the groups of patients with severe oligozoospermia and non-obstructive azoospermia. The translocation carriage effect on the degree of spermatogenesis damage in males is discussed. The data obtained indicate a negative impact on the spermatogenesis of translocations involving sex chromosomes, reciprocal translocations involving large chromosomes, the combination of translocation with a sex chromosomes' trisomy as part of one karyotype.
Key words: oligozoospermia, non-obstructive azoospermia, karyotype, translocation.
Дата поступления статьи: 31 января 2019 г.
