ιαταραχές των γονιδίων StAR και DAX1 ΑΜΑΛΙΑ ΣΕΡΤΕΔΑΚΗ 1,

Transcript

1 ιαταραχές των γονιδίων StAR και DAX1 ΑΜΑΛΙΑ ΣΕΡΤΕΔΑΚΗ 1, 6 ΑΙΚΑΤΕΡΙΝΗ ΔΑΚΟΥ-ΒΟΥΤΕΤΑΚΗ 2 1 Βιοχημικός, PhD Human Genetics, Α Παιδιατρική Κλινική Πανεπιστημίου Αθηνών 2 Ομότιμος Καθηγήτρια Παιδιατρικής Ενδοκρινολογίας Ιατρικής Σχολής Πανεπιστημίου Αθηνών Νοσοκομείο Παίδων «Η Αγία Σοφία» Α. ιαταραχές του γονιδίου StAR Το γονίδιο StAR (Steroidogenic Acute Regulatory protein gene) εδράζεται στο χρωµοσωµικό τόπο 8p11.2 και κωδικοποιεί την οµώνυµη πρωτεΐνη. Η πρωτεΐνη StAR, προάγει τη µεταφορά της χοληστερόλης από την εξωτερική στην εσωτερική µεµβράνη του µιτοχονδρίου, βασικό µεταβολικό βήµα για την έναρξη της στεροειδογένεσης τόσο στις γονάδες όσο και στο επινεφρίδιο1. Μετά την είσοδο της στο µιτοχόνδριο, η χολεστερόλη µετατρέπεται σε προγνενολόνη από το µιτοχονδριακό ένζυµο P450 side-chain cleavage (P450scc), αντίδραση που σηµατοδοτεί την έναρξη της στεροειδογένεσης τόσο στο επινεφρίδιο όσο και στις γονάδες 2,3 (σχήµα 1Α,Β). Το γονίδιο StAR εκφράζεται στα επινεφρίδια, στις γονάδες, στον εγκέφαλο και άλλους ιστούς, αλλά δεν εκφράζεται στον πλακούντα. ιαταραχές του γονιδίου StAR αποτελούν την πιο συχνή αιτία της Λιποειδούς Υπερπλασίας των Επινεφριδίων (ΛΥΕ). Η ΛΥΕ είναι η σοβαρότερη µορφή συγγενούς επινεφριδιακής ανεπάρκειας, η οποία είναι θανατηφόρος χωρίς θεραπεία υποκατάστασης µε γλυκοκορτικοειδή και αλατοκορτικοειδή. Η ΛΥΕ είναι συχνή στους Ιάπωνες, Κορεάτες και Παλαιστίνιους Άραβες, σπάνια όµως σε άλλους πληθυσµούς. Χαρακτηρίζεται από διαταραχή της σύνθεσης των επινεφριδιακών και γοναδικών στεροειδικών ορµονών καθώς και από αυξηµένη συγκέντρωση λιπιδίων (cholesterol esters) στο κυτταρόπλασµα των φλοιοεπινεφριδιακών κυττάρων και των όρχεων 4. Κλινικές εκδηλώσεις των διαταραχών του γονιδίου StAR Οι µεταλλάξεις του γονιδίου StAR κληρονοµούνται µε σωµατικό υπολειπόµενο χαρακτήρα. Οι ασθενείς γεννιούνται µετά από φυσιολογική τελειόµηνη κύηση, -103-

2 µε φυσιολογικό βάρος και παρουσιάζουν επινεφριδιακή ανεπάρκεια (ανεπάρκεια σύνθεσης κορτιζόλης και αλδοστερόνης) που εκδηλώνεται κλινικά κατά την νεογνική ή την βρεφική περίοδο. Παρουσιάζουν επίσης υπέρχρωση του δέρµατος. Η ανεπάρκεια σύνθεσης της τεστοστερόνης στον εµβρυϊκό όρχι έχει ως αποτέλεσµα την απουσία σεξουαλικής διαφοροποίησης του ΧΥ εµβρύου. Τα έξω γεννητικά όργανα του 46, ΧΥ εµβρύου, στις περιπτώσεις που έχουν περιγραφεί, είναι ενός φυσιολογικού θηλυκού. Απουσιάζει όµως η µήτρα και οι ωαγωγοί διότι η λειτουργία των κυττάρων Sertoli είναι φυσιολογική και η παραγωγή της ορ- µόνης που δρα ανασταλτικά στην εξέλιξη των πόρων του Müller (ΜΙS ή AMH) είναι επαρκής 5. Ως αναµένεται τα 46, ΧΧ έµβρυα παρουσιάζουν φυσιολογικά έξω γεννητικά όργανα και κατά την εφηβεία αναπτύσσουν δευτερογενή χαρακτηριστικά του φύλου (στήθος, τρίχωση εφηβαίου) καθώς και έµµηνη ρύση, γεγονός που υποδηλώνει φυλετική ετερογένεια στην διαταραχή της γοναδικής στεροειδογένεσης στα δύο φύλα. Μετά την εφηβεία ή και ενωρίτερα οι ωοθήκες εµφανίζουν κύστεις αγνώστου µηχανισµού, οι οποίες καταλαµβάνουν το µεγαλύτερο µέρος της ωοθήκης 6. Πρόσφατα ανακοινώθηκε µη κλασική µορφή της νόσου χαρακτηριζόµενη από καθυστερηµένη εµφάνιση επινεφριδιακής ανεπάρκειας και φυσιολογικά έξω γεννητικά όργανα σε ΧΥ άτοµα 7. Ο φαινότυπος των διαταραχών του γονιδίου StAR εικάζεται ότι είναι το αποτέλεσµα 2 ξεχωριστών γεγονότων. Πρωταρχικά προκαλείται η διαταραχή της στεροειδογένεσης ως αποτέλεσµα των µεταλλάξεων του γονιδίου StAR. Όµως, ανεξαρτήτως της παρουσίας της πρωτεΐνης StAR ένα µικρό ποσοστό χολεστερόλης εισέρχεται στο µιτοχόνδριο, µε αποτέλεσµα να συντελείται χαµηλού επιπέδου στεροειδογένεση. Η συνακόλουθη αύξηση της έκκρισης της ACTH, οδηγεί σε αυξηµένη παραγωγή χολεστερόλης, η οποία δεν µπορεί να µεταφερθεί στο µιτοχόνδριο και συγκεντρώνεται στα κύτταρα του φλοιού των επινεφριδίων και των όρχεων υπό µορφή εστέρων µε επακόλουθο την µηχανική πλέον βλάβη των κυττάρων και την πλήρη απώλεια της ικανότητας στεροειδογένεσης 2. Κύηση σε γυναίκες µε µεταλλάξεις του γονιδίου StAR Ο ανθρώπινος πλακούντας παράγει την προγεστερόνη η οποία είναι απαραίτητη για την διατήρηση της κύησης. Το καθοριστικό βήµα της σύνθεσης της πλακουντιακής προγεστερόνης είναι η µετατροπή της χολεστερόλης σε πρεγνενολόνη από το κυτόχρωµα P450scc στα µιτοχόνδρια µε την βοήθεια της αναγωγάσης της αδρενοντοξίνης (adrenodoxin) και της αδρενοντοξίνης που παρέχουν τα -104-

3 απαραίτητα για την αντίδραση ηλεκτρόνια. Η πρεγνενολόνη µετατρέπεται σε προγεστερόνη από το ένζυµο 3β-HSD του µιτοχονδρίου. Η σύνθεση της προγεστερόνης από τον πλακούντα διαφέρει από την σύνθεση της στα επινεφρίδια και στις γονάδες, αφού δεν απαιτείται η παρουσία της πρωτεΐνης StAR, η οποία δεν εκφράζεται στον πλακούντα. Αντίθετα στον πλακούντα εκφράζεται η πρωτεΐνη MLN64, η οποία έχει καρβοξυλικό άκρο οµόλογο µε αυτό της StAR, έχοντας συνεπώς την δυνατότητα ανάλογης µεταφοράς της χολεστερόλης µε εκείνη της πρωτεΐνης StAR στην εσωτερική µεµβράνη του πλακουντιακού µιτοχονδρίου. Το γεγονός αυτό υποδηλώνει ότι γυναίκες µε µεταλλάξεις του γονιδίου StAR και ΛΥΕ µπορούν να φέρουν σε πέρας µία επιτυχηµένη εγκυµοσύνη 8. Η αναγνώριση µωρού ή παιδιού µε διαταραχές του γονιδίου StAR (Λιποειδή ΣΥΕ) σε µία οικογένεια, επιβάλλει την αναζήτηση του είδους της γονιδιακής διαταραχής για την χορήγηση γενετικών συµβουλών. Κυρίως πρέπει να γνωστοποιηθεί στην οικογένεια η δυνατότητα προγεννητικού ελέγχου µε την λήψη λάχνης την 10η εβδοµάδα κύησης ή ακόµη και µε προεµφυτευτική διαδικασία σε περίπτωση εξωσωµατικής γονιµοποίησης (IVF). Ιδιαίτερα οι γονείς πρέπει να γνωρίζουν ότι το θηλυκό έµβρυο έχει διαφορετική προοπτική από το αρσενικό αφού η γνώση αυτή ενδεχοµένως θα επηρεάσει την απόφαση τους εάν το αποτέλεσµα είναι θετικό. Ανάλογος έλεγχος έχει πραγµατοποιηθεί στο Εργαστήριο Μοριακής Ενδοκρινολογίας της Α Παιδιατρικής Κλινικής του Πανεπιστηµίου Αθηνών. Υπάρχει δηλαδή η δυνατότητα ανίχνευσης µεταλλάξεων του γονιδίου StAR και ως εκ τούτου η δυνατότητα προγεννητικού και προεµφυτευτικού ελέγχου. Β. ιαταραχές του γονιδίου DAX-1 (NR0B1) Το γονίδιο DAX-1 (Dosage-sensitive sex-reversal, Adrenal hypoplasia congenital, X chromosome, gene 1) εδράζεται στο χρωµοσωµικό τόπο Χp21 και κωδικοποιεί ένα ορφανό µέλος της υπεροικογένειας των πυρηνικών ορµονικών υποδοχέων 9. Η πρωτεΐνη DAX-1 εκφράζεται στον φλοιό των επινεφριδίων (σχήµα 2), στον όρχι, στην ωοθήκη, στην πρόσθια υπόφυση, στον υποθάλαµο και συνεπώς παίζει σηµαντικό ρόλο στην ανάπτυξη και λειτουργία όχι µόνο των επινεφριδίων αλλά και του άξονα υποθαλάµου-υπόφυσης-γονάδων 10. Η πρωτεΐνη DAX-1 δρα ως µεταγραφικός παράγοντας και αναστέλλει τη δράση του γονιδίου SF1 (Steroidogenic Factor 1) που είναι επίσης ορφανός πυρηνικός υποδοχέας και παίζει σηµαντικό ρόλο στην ανάπτυξη των επινεφριδίων και των γονάδων (σχήµα 2). Συγκεκριµένα, το γονίδιο DAX-1 αναστέλλει την ενεργοποίηση διαφόρων γονιδίων που ενέχονται στην ανάπτυξη του άξονα υποθάλαµου-υπόφυσης-επινεφριδίων-γονάδων και στη βιοσύνθεση των στερο

4 ειδικών ορµονών. Αναστέλλει την µεταγραφική ικανότητα του γονιδίου StAR καθώς επίσης και τη δράση άλλων πυρηνικών υποδοχέων όπως του υποδοχέα των οιστρογόνων, των ανδρογόνων και της προγεστερόνης. Το γονίδιο DAX-1 δεν δρα µόνο ως µεταγραφικός αναστολέας της στεροειδογένεσης αλλά παίζει και ένα ευρύτερο ρόλο τόσο κατά την εµβρυϊκή όσο και κατά την ενήλικη ζωή στην λειτουργία του υποθαλαµικού-υποφυσιακού-επινεφριδιακού-γοναδικού άξονα 11. Απαλείψεις ή µεταλλάξεις του γονιδίου DAX-1 προκαλούν επινεφριδιακή ανεπάρκεια και κληρονοµούνται µε φυλοσύνδετο υπολειπόµενο χαρακτήρα (φυλοσύνδετη Συγγενής Υποπλασία των Επινεφριδίων). Η µορφή αυτή επινεφριδιακής ανεπάρκειας χαρακτηρίζεται από απουσία της µόνιµης ζώνης του φλοιού των επινεφριδίων και την παρουσία µεγάλων κυττάρων που φέρουν κενοτόπια, και εξ αυτού ονοµάζεται και κυτταροµεγαλική µορφή της συγγενούς υποπλασίας επινεφριδίων. Μοριακές διαταραχές α) Σηµειακές µεταλλάξεις Οι σηµειακές µεταλλάξεις του γονιδίου προκαλούν επινεφριδιακή ανεπάρκεια και υπογοναδοτροφικό υπογοναδισµό. Μέχρι σήµερα έχουν περιγραφεί στην βιβλιογραφία περισσότερες από 80 σηµειακές µεταλλάξεις του γονιδίου σε ασθενείς µε φυλοσύνδετη Συγγενή Υποπλασία των Επινεφριδίων. β) Απαλείψεις Ενίοτε η νόσος προκαλείται από απαλείψεις που περιλαµβάνουν µεγαλύτερο µέρος του χρωµοσώµατος, όπου εδράζονται τα γονίδια της ορνιθίνης τρανσκαρβαµυλάσης (OTC), της Μυϊκής υστροφίας Duchenne (DMD), της κινάσης της γλυκερόλης (GK) και DAX-1 (contiguous gene syndrome). Στις περιπτώσεις αυτές συνυπάρχουν και διαταραχές που προκαλούνται από δυσλειτουργία των άλλων γονιδίων. γ) ιπλασιασµός του γονιδίου Έχει αναγνωριστεί µία περιοχή 160 kb, η οποία αν διπλασιαστεί προκαλεί αναστροφή του φύλου 12. Η περιοχή αυτή περιέχει µεταξύ άλλων και τα γονίδια MAGEB και DAX-1. Μόνο δύο περιπτώσεις διπλασιασµού του γονιδίου DAX-1 µε αναστροφή φύλου, οφειλόµενη σε γοναδική δυσγενεσία και χωρίς άλλες διαταραχές αναφέρονται στην πρόσφατη βιβλιογραφία 13,

5 Φαινότυπος Ο φαινότυπος των ασθενών ποικίλει τόσο ως προς την βαρύτητα της επινεφριδιακής ανεπάρκειας όσο και την βαρύτητα του υπογοναδοτροφικού υπογοναδισµού καθώς και ως προς την ηλικία εµφάνισης (νεογνική περίοδος έως και ενήλικες). ιαφορές στον φαινότυπο περιγράφονται ακόµα και σε µέλη της ίδιας οικογένειας που φέρουν την ίδια µετάλλαξη. H φαινοτυπική αυτή ετερογένεια είναι πιθανόν να οφείλεται σε συνδυασµό γενετικών (τροποποιητικά γονίδια, διαφορές έκφρασης ή διεισδυτικότητας) και περιβαλλοντικών παραγόντων (ασθένεια, stress) 15. Τα αγόρια που πάσχουν από φυλοσύνδετη Συγγενή Υποπλασία των Επινεφριδίων συνήθως παρουσιάζουν επινεφριδιακή ανεπάρκεια µε απώλεια άλατος κατά την βρεφική ή την παιδική ηλικία και δεν εµφανίζουν τα χαρακτηριστικά της εφηβείας, ακόµα και στις περιπτώσεις που κατά την βρεφική ηλικία η λειτουργία του άξονα υπόφυσης-γονάδων είναι φυσιολογική. Ο υπογοναδοτροφικός υπογοναδισµός των ασθενών αυτών θεωρείται ότι είναι αποτέλεσµα βλάβης στον υποθάλαµο, στην υπόφυση και στους όρχεις. Βιοψίες όρχεος δείχνουν υποπλασία των κυττάρων Sertoli, υπερπλασία των κυττάρων Leydig και απουσία σπερµατοζωαρίων 16. Αναφέρονται εντούτοις ασθενείς µε µεταλλάξεις του DAX-1, οι οποίοι πάσχουν από επινεφριδιακή ανεπάρκεια, χωρίς να παρουσιάζουν υπογοναδοτροφικό υπογοναδισµό 17. Πρέπει να τονιστεί ότι τα πάσχοντα άτοµα δεν εµφανίζουν ανωµαλίες των έξω γεννητικών οργάνων. Κύηση και µοριακές διαταραχές του γονιδίου DAX-1 Η αναγνώριση της µητέρας που είναι φορέας γίνεται συνήθως, αν όχι πάντοτε, από έλεγχο που πραγµατοποιείται διότι κάποιο µέλος της οικογένειας (προηγούµενο τέκνο ή συγγενής) έχει διαγνωσθεί ως πάσχον από συγγενή υποπλασία των επινεφριδίων και υπογοναδοτροφικό υπογοναδισµό, ή στην περίπτωση θανάτου άρρενος βρέφους από αδιευκρίνιστες αιτίες. Είναι ως εκ τούτου επιβεβληµένο να έχει διερευνηθεί το οικογενειακό δένδρο και κυρίως τα θήλεα άτοµα για την εντόπιση της µοριακής βλάβης. Υπάρχουν έτσι οι προϋποθέσεις να διαπιστωθεί αν το άρρεν έµβρυο πάσχει από συγγενή υποπλασία των επινεφριδίων πολύ ενωρίς. Σε δείγµα χοριακής λάχνης µπορεί να διαπιστωθεί το φύλο του εµβρύου και η παρουσία ή όχι στο έµβρυο της µοριακής βλάβης που φέρει η κυοφορούσα µητέρα. Ως αναµένεται το θηλυκό άτοµο είναι µόνο φορέας (50% πιθανότητα). Ο εργαστηριακός έλεγχος για τον προσδιορισµό του φύλου και την ανίχνευση της µετάλλαξης συνήθως δεν διαρκεί περισσότερο από µία εβδοµάδα, δίνοντας έτσι την δυνατότητα στην µητέρα και τον γιατρό να αποφασίσουν έγκαιρα ενδεχόµενη διακοπή της κύησης

6 Σχήμα 1Α. Επινεφριδιακή στεροειδογένεση Σχήμα 1Β. Ο ρόλος του γονιδίου StAR στη στεροειδογένεση -108-

7 Σχήμα 2. Εμβρυογένεση των επινεφριδίων ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Lin D, Sugawara T, Strauss JF, et al. Role of steroidogenic acute regulatory protein in adrenal and gonadal steroidogenesis. Science 1995, 267: Bose HS, Sugawara T, Strauss JF 3rd, Miller WL. The pathophysiology and genetics of congenital lipoid adrenal hyperplasia. International Congenital Lipoid Adrenal Hyperplasia Consortium. N Eng J Med 1996, 335: Miller WL, Strauss JF 3rd. Molecular pathology and mechanism of action of the steroidogenic acute regulatory protein, StAR. J Steroid Biochem Mol Biol. 1999, 69: Fujieda K, Tajima T. Molecular basis of adrenal insufficiency Pediatr Res 2005, 57:62R- 69R. 5. Korsch E, Peter M, Hiort O, et al. Gonadal histology with testicular carcinoma in situ in a 15-year-old 46,XY female patient with a premature termination in the steroidogenic acute regulatory protein causing congenital lipoid adrenal hyperplasia. J Clin Endocr Metab 1999, 84: Fujeida K, Tajima T, Nakae J et al. Spontaneous puberty in 46,XX subjects with congenital lipoid adrenal hyperplasia. J Clin Invest 1997, 99: Baker BY, Lin L, Kim CJ, Raza J, Smith CP, Miller WL, Achermann JC. Nonclassic congenital lipoid adrenal hyperplasia: a new disorder of the steroidogenic acute regulatory protein with very late presentation and normal male genitalia. J Clin Endocrinol Metab 2006, 91:

8 8. Tuckey RC. Progesterone synthesis by the human placenta. Placenta : Zanaria E, Muscatelli F, Bardoni B, et al. An unusual member of the nuclear hormone receptor superfamily responsible for X-linked adrenal hypoplasia congenital, Nature 1994, 372: Ikeda et al., Steroidogenic factor 1 and Dax1 colocalize multiple cell lineages: potential links in endocrine development. Mol Endocrinol 1998, 10: Niakan K, McCabe E DAX1 origin, function and novel role. Mol Genet Metab 2005, 86: Bardoni B, Zanaria E, Guioli S, et al. A dosage sensitive locus at chromosome Xp21 is involved in male to female sex reversal. Nat Genet 1994, 7: Barbaro Μ, Oscarson Μ, Schoumans J et al. Isolated 46,XY gonadal dysgenesis in two sisters caused by a Xp21.2 interstitial duplication containing the DAX1 gene. J Clin Endocrinol Metab 2007, 92: Smyk M, Berg JS, Pursley A, et al., Male to female sex reversal associated with an ~250kb deletion upstream of NR0B1 (DAX1) Hum Genet 2007, 122: McCabe E. DAX1 Increasing complexity in the roles of this novel nuclear receptor. Mol Cell Endocrinol 2007, : Seminara SB, Achermann JC, Genel M, Jameson JL, Crowley Jr WF. X-linked adrenal hypoplasia congenita: a mutation in DAX1 expands the phenotypic spectrum in males and females. J Clin Endocrinol Metab 1999, 84: Takahashi I, Takahashi T, Shogi Y, Takada G. Prolonged activation of the hypothalamuspituitary-gonadal axis in a child with X-linked adrenal hypoplasia congenital. Clin Endocrinol (Oxf) 2000, 53: