Γενετική στην Ανδρολογία

Transcript

1 EAA-Εκπαιδευτικό κέντρο Θεσσαλονίκης Μαθήµατα ανδρολογίας Γενετική στην Ανδρολογία Στεφανία Λυµπέρη, MSc, PhD

2 Επισκόπηση Ενδείξεις για γενετικό έλεγχο στην ανδρολογία Είδη γενετικών ανωµαλιών-τρόπος ανίχνευσης Αλγόριθµος για γενετικά τεστ Ανερχόµενες τεχνολογίες Γενετική συµβουλευτική

3 Ενδείξεις για γενετικό έλεγχο Διαταραχές διαφοροποίησης του φύλου Οικογενειακό ιστορικό (επαναλαµβανόµενες αποβολές) Υπογονιµότητα Σοβαρή ολιγοζωοσπερµία ή αζωοσπερµία (6-10% των υπογόνιµων ανδρών έχουν κάποια γενετική ανωµαλία)

4 Είδη διαθέσιµων γενετικών τεστ Κυτταρογενετικές µέθοδοι- Καρυότυπος [Ιστολογία]-Μειωτικές διαταραχές FISH - Fluorescene in situ hybridization Ανευπλοειδίες σπερµατοζωαρίων PCR µικροελλείψεις χρωµοσώµατος Υ Αλληλούχιση γονιδίων Kallman syndrome, Cystic fibrosis

5 Γενετικές ανωµαλίες Μη φυσιολογικός Καρυότυπος (~7%) Φυλετικά χρωµοσώµατα (Kleinefelter syndrome) Αµοιβαία ή Robertsonian µετάθεση Μειωτικές διαταραχές (meiotic arrest)(~6%) Μικροελλείψεις του χρωµοσώµατος Y (~7,5%) Μεταλλάξεις σε µεµονωµένα γονίδια (κυστική ίνωση, Kallmann syndrome)

6 Μη φυσιολογικός καρυότυπος Kleinefelter syndrome (47,XXY) 1:500 1:1000 γεννήσεις αρρένων 50% ανεύρεση σπερµατοζωαρίων µε TESE 48, ΧΧΧΥ, 48ΧΧΥΥ 46, ΧΧ µετάθεση τµήµατος του της περιοχής SRY του Υ χρωµοσώµατος 47, ΧΥΥ (1:1000) Ring Y chromosome Ισοκεντρικό Υ χρωµόσωµα Αµοιβαίες ή Robertsonian µετατοπίσεις 1:1000 γεννήσεις 10 φορές πιο συνχές σε άνδρες µε υπογονιµότητα

7 Καρυότυπος - Kleinefelter syndrome

8 Καρυότυπος - Μεταθέσεις

9 Μεταθέσεις - Μείωση Η δηµιουργία του τετρασθενούς µπορεί να εµποδίσει τη µείωση Δηµιουργία γενετικά ανώµαλων γαµετών Ύπαρξη ασυναπτικών περιοχών (asynaptic regions) µπορεί να σταµατήσει τη µείωση Τµήµατα των χρωµοσωµάτων που έχουν µετατεθεί προσπαθούν να κάνουν µη οµόλογο ανασυνδυασµό µε τα φυλετικά χρωµοσώµατα κατά τη µείωση παρεµβάλοντας στο φαινόµενο της αδρανοοποίηση του χρωµοσώµατος Υ

10 Καρυότυπος-Robertsonian µεταθέσεις

11 Robertsonian µετάθεση - Μείωση

12 Ανευπλοειδίες σπερµατοζωαρίων - FISH Fluoresence in situ hibridization (FISH) Επαναλαµβανόµενες αποβολές Αποτυχηµένες προσπάθεις εξωσωµατικής Ανεξήγητη υπογονιµότητα Μωσαϊκισµός στα γενετικά κύτταρα

13 Μειωτικές διαταραχές Ιστολογία όρχεων Περιγράφηκαν το 1970 απο τους Hulten και Pearson Προκαλούνται από µεταλλάξεις σε ένα ή περισσότερα γονίδια που συµµετέχουν στους µηχανισµούς επιδιόρθωσης του DNA Πλήρης ή µερική αναστολή της µείωσης Διάγνωση απαιτείται βιοψία όρχεων

14 Normal testes Meiotic arrest

15 Μικροελλείψεις χρωµοσώµατος Υ Η πρώτη περιγραφή έγινε to1976 Tiepolo and Zuffardi AZF (Azoospermia Factor) è AZFa, AZFb and AZFc Yq11 ευχρωµατινική περιοχή Τουλάχιστον 26 γονίδια έχουν περιγραφεί

16 Επιπολασµός µικροελλείψεων Υ Αζωοσπερµία ή σοβαρή ολιγοζωοσπερµία <5x10 6 /ml

17 Χρωµόσωµα Υ Γενετικοί δείκτες European Academy of Andrology (EAA) and the European Molecular Genetics Quality Network (EMQN)

18 Μικροελλείψεις Υ PCR Lane 1: Ladder Lane 2: Negative control (water) Lane 3: Female DNA Lane 4: Normal male DNA Lane 5: AZFb deletion Lane 6: AZFc deletion

19 AZFa ελλείψεις Μέγεθος ~1100kb Η πιο σπάνια έλλειψη (0,5-4%) Περιλαµβάνει δύο γονίδια USP9Y(DFFRY) DDX3Y (DBY) Πλήρης έλλειψη της περιοχής οδηγεί σε Sertoli Cell Only Syndrome (SCOS) και αζωοσπερµία Διάγνωση è πρακτικά καµία πιθανότητα ανεύρεσης σπερµατοζωαρίων µε TESE

20 AZFb και AZFbc ελλείψεις Μέγεθος 6,5Mb και 7,7Mb ή 7Mb αντίστοιχα Επιπολασµός 1-5% και 1-3% αντίστοιχα 24 γονίδια σε πολλαπλά αντίγραφα (συνολικά 46 αντίγρaφα) Πλήρης έλλειψη AZFb και AZFbc προκαλεί SCOS ή αναστολή σπερµατογένεσης Διάγνωση à ελάχιστες πιθανότητες ανεύρεσης σπερµατοζωαρίων µε TESE (έχουν αναφερθεί στη βιβλιογραφία spermatid arrest και κρυπτο/ολιγοζωοσπερµία)

21 AZFc ελλείψεις Μέγεθος 3,5Mb Η πιο συχνή έλλειψη (80%) Ο κλινικός και ιστολογικός φαινότυπος ποικίλει Μπορεί να υπάρχει σπερµατογένεση και οι άνδρες αν και έχουν σοβαρή ολιγοζωοσπερµία µπορεί σε σπάνιες περιπτώσεις να κληροδοτήσουν την έλλειψη Σε περιπτώσεις αζωοσπερµίας 50% πιθανότητα ανεύρεσης σπερµατοζωαρίων µε TESE

22 Γονίδια χρωµοσώµατος Υ Gene symbol Gene name AZF location (amplicon unit) Role in the male germline Homologous genes (location) USP9Y Ubiquitin specific peptidase 9, Y-linked AZFa Involved in protein turnover in spermatogenesis (?) USP9X (X chr.) DDX3Y DEAD (Asp-Glu-Ala-Asp) box polypeptide 3, Y-linked AZFa CYorf15A CYorf15B RNA metabolism in pre-meiotic germ cells (deduced by similarity) DDX3X (X chr.) Chromosome Y open reading frame 15A/B AZFb n/a CXorf15 (X chr.) RPS4Y2 Ribosomal protein S4, Y-linked 2 AZFb Regulation of mrna binding to the ribosome deduced by similarity) RPS4Y1 (Y chr.) RPS4X (X chr.) EIF1AY Eukaryotic translation initiation factor 1A, Y-linked AZFb Regulation of translation initiation(deduced by similarity) EIF1AX (X chr.) KDM5D Lysine (K)-specific demethylase 5D AZFb Chromatin remodelling in meiosis KDM5C (X chr.) XKRY XKRY2 XK, Kell blood group complex subunit-related, Y-linked/2 XKRY: AZFb (yel3) XKRY2: AZFb (yel4) Gamete interaction (?) HSFY1 HSFY2 PRY PRY2 Heat shock transcription factor, Y-linked 1/2 PTPN13-like, Y-linked/2 HSFY1: AZFb (b5) HSFY2: AZFb (b6) PRY: AZFb (b1) PRY2: AZFb/c (b2) Gene expression regulation (?) Germ cell apoptosis (?) HSFX1 (X chr.) HSFX2 (X chr.) RBMY1A1 RNA binding motif protein, Y-linked, family 1, member A1 6 functional copies in AZFb, 2 of them in amplicon units (t1 and t2) RNA splicing and metabolism, signal transduction and meiotic regulation RBMX (X chr.) RBMXL1(Chr. 1) RBMXL2(Chr. 11) RBMXL9(Chr.9) BPY2 BPY2B BPY2C Basic charge, Y-linked, 2 B/C BPY2: AZFb/c (g1) BPY2B: AZFb/c (g2) BPY2C: AZFc (g3) Regulation of the cyto skeletal network (?) CDY1 CDY2 Chromodomain protein, Y-linked, 1/2 CDY1A: AZFb/c (yel1) CDY1B: AZFc (yel2) CDY2A: AZFb (yel3) CDY2B: AZFb (yel4) Gene expression regulation and and post-meiotic nuclear remodelling CDYL (Chr. 6) CDYL2 (Chr. 16) DAZ1 DAZ2 DAZ3 DAZ4 Deleted in azoospermia 1/2/ 3/4 DAZ1: AZFb/c (r1) DAZ2: AZFb/c (r2) DAZ3: AZFc (r3) DAZ4: AZFc (r4) Pre-meiotic regulation of transcript transport/storage, translation DAZL (Chr. 3) initiation and protein interaction BOLL (Chr. 2) Navarro-Costa, P et al, 2010

23 Μεταλλάξεις σηµείου Αλληλούχιση γονιδίου

24 Μεταλλάξεις σηµείου Αλληλούχιση γονιδίου

25 Μεταλλάξεις σηµείου Αλληλούχιση γονιδίου Κυστική ίνωση Αυτοσωµικός υπολοιπόµενος τρόπος κληρονόµησης Χρωµόσωµα 7q31.2 Επιπολασµός 1:2500 Μεταλλάξεις στο γονίδιο του CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) Διαµεµβρανική πρωτείνη που λειτουργεί ως κανάλι ιόντων χλωρίου

26 Κυστική ίνωση Εκ γενετής απουσία του σπερµατικού πόρου στο 70-80% των περιπτώσεων συσχετίζεται µε µεταλάξεις στο γονίδιο της κυστικής ίνωσης Ενδείξεις Αζωοσπερµία Χαµηλό ph Χαµηλή φρουκτόζη Απουσία σπερµατικού πόρου

27 Κυστική ίνωση Στην πλειοψηφία των περιπτώσεων ανινχεύεται µία µετάλλαξη στο γονίδιο CFTR Σε ελάχιστες περιπτώσεις οι ασθενείς είναι οµόζυγοι για µία µετάλλαξη και Στις υπόλοιπες είναι φορείς δύο διαφορετικώ µεταλλάξεων (compound heterozygotes) Με συχνότερο τον συνδυασµός του 5Τ αλληλόµορφου (απουσία εξονίου 9 è χαµηλή έκφραση λειτουργικής πρωτείνης) και της πιο κοινής µετάλλαξης ΔF508 στο άλλο αντίγραφο Ο γενετικός έλεγχος συνήθως περιλαµβάνει την αναζήτηση µεταλλάξεων 25% των µεταλλάξεων δεν ανιχνεύονται µε τα κλινικά γενετικά τεστ

28 Γενετικά σύνδροµα και υπογονιµότητα

29

30 Ανερχόµενες τεχνολογίες Genomics Transcriptomics Proteomics Metabolomics

31 Ανερχόµενες τεχνολογίες - Μεταβολοµική Μελέτη των µικρού µοριακού βάρους µεταβολιτών ενός βιολογικού συστήµατος Οι πιο καλά µελετηµένοι µεταβολίτες είναι τα reactive oxygen species (ROS) Υψηλή συγκέντρωση ελεύθερων ριζών σε άνδρες µε υπογονιµότητα Υψηλή συγκέντρωση ελεύθερων ριζών è Οξειδωτικό στρες è κατακερµατισµό του DNA è Απόπτωση

32 TUNEL (Terminal deoxynucleotidyl transferase dutp nick end labeling) Παθολογικό εαν DFI>20% Θεραπεία è αγωγή µε αντιοξειδωτικές ουσίες

33 Ανερχόµενες τεχνολογίες - mirna Μικρά µη κωδικά RNA που εµπλέκονται στην γονιδιακή σίγηση και στον µετα-µεταγραφικό έλεγχο της έκφρασης γονιδίων Χρησιµοποιώντας µικροσυστοιχίες mirna (mirna microarray assays) και qrt-pcr έχουν βρεθεί διαφορές στην έκφραση των mirna µεταξύ αζωοσπερµικών και φυσιολογικών ανδρών Αλλά και µεταξύ φυσιολογικών ανδρών και ολιγοασθενοζωοσπερµιών ανδρών

34 Ανερχόµενες τεχνολογίες Whole genome sequencing Proteomics

35 Ανερχόµενες τεχνολογίες Μεθυλίωση του DNA Επιγενετική è ρύθµιση έκφρασης γονιδίων µεθυλίωση è σίγηση γονιδίων Διαταραχές στην µεθυλίωση του DNA στα σπερµατοζωάρια οδηγεί σε ολιγοζωοσπερµία, ασθενοζωοσπερµία και τερατοζωοσπερµία Προγνωστική αξία για την έκβαση της κύησης Παρεκλίνουσαµεθυλίωση συγκεκριµένων γονιδίων όπως των IGF2/H19 και MEST σε ολιγοζωοσπερµικούς άνδρες

36 Γενετική συµβουλευτική Γενετικές ανωµαλίες è Κίνδυνος µεταβίβασης στις επόµενες γενιές Γενετικές τεχνικές είναι χρήσιµες όχι µόνο για την εύρεση της αιτίας της υπογονιµότητας αλλά και για την ενηµέρωση και απόφαση των µελλοντικών γονέων ICSI έδωσε τη δυνατότητα σε πολλούς υπογόνιµος άνδρες να γίνουν µπαµπάδες Πιθανότητες έρευσης σπερµατοζωαρίων µε TESE Έλεγχος άλλων µελών της οικογένειας

37 Γενετική συµβουλευτική Γνωστές γενετικές ανωµαλίες è Προεµφυτευτικός έλεγχος Άγνωστες γενετικές αιτίες και µελλοντικές επιπτώσεις Χρήση νέων τεχνολογιών για την έρευση περαιτέρω και επιγενετικών γενετικών µεταλλάξεων που προκαλούν υπογονιµότητα