Γενετική της υπογονιμότητας

Ένας σημαντικός αριθμός ζευγαριών, περίπου ένα στα έξι, αντιμετωπίζει προβλήματα σύλληψης και βιώνει τη δύσκολη εμπειρία μιας ή περισσοτέρων αποβολών.

Γράφουν οι
Μαργαρίτα Καρκαλέτση
Αγγελική Χατζάκη
Βούλα Βελισσαρίου
Τμήμα Γενετικής και Μοριακής Βιολογίας MHTEΡΑ

Γνωρίζουμε σήμερα ότι πολλοί παράγοντες συμβάλλουν στη δημιουργία προβλημάτων αναπαραγωγής. Μεταξύ αυτών, σημαντικοί είναι οι γενετικοί παράγοντες, κυρίως οι χρωμοσωματικές ανωμαλίες και οι γονιδιακές βλάβες, οι οποίες δύνανται να συνδέονται με την ανδρική στειρότητα (ολιγοσπερμία, αζωοσπερμία, ασθενοσπερμία κ.ά.), με τη γυναικεία στειρότητα (πρωτοπαθής ή δευτεροπαθής αμηνόρροια) και τις καθ? έξιν αποβολές. Σήμερα η διαγνωστική γενετική έχει τη δυνατότητα να διαγνώσει πολλές από τις γενετικές βλάβες που συνδέονται με προβλήματα της ανθρώπινης αναπαραγωγής.

1. Χρωμοσωματικές ανωμαλίες
Τόσο οι αριθμητικές, όσο και οι δομικές χρωμοσωματικές ανωμαλίες έχουν επιπτώσεις στη γυναικεία και στην ανδρική γονιμότητα. Στις γυναίκες, η μονοσωμία του φυλετικού χρωματοσώματος Χ (45,Χ), κλινική εκδήλωση του οποίου αποτελεί το σύνδρομο Turner, καθώς και η παρουσία ενός επιπλέον χρωματοσώματος Χ (47,ΧΧΧ) επηρεάζουν τη γονιμότητα. Στους άνδρες, η παρουσία ενός επιπλέον χρωμοσώματος Χ, γνωστού ως συνδρόμου Klinefelter (47,XXY), ευθύνεται για τη στειρότητα αυτών των ατόμων. Στο 12% των ανδρών με στειρότητα ή υπογονιμότητα παρατηρείται είτε αριθμητική ανωμαλία των χρωμοσωμάτων του φύλου είτε κάποια δομική αναδιάταξη των χρωμοσωμάτων. Προβλήματα υπογονιμότητας έχουν επίσης τα άτομα με τρισωμία 21.

Από τις δομικές αναδιατάξεις των χρωμοσωμάτων οι αμοιβαίες μεταθέσεις είναι εκείνες οι οποίες σχετίζονται συχνότερα τόσο με τη γυναικεία όσο και με την ανδρική υπογονιμότητα και τις καθ? έξιν αποβολές (εικόνα 1). Οι φορείς μεταθέσεων έχουν αυξημένο κίνδυνο σύλληψης εμβρύου με σοβαρή χρωμοσωματική ανωμαλία. Ο κίνδυνος κυμαίνεται μεταξύ 0,5%-50%, ανάλογα με τη μετάθεση. Οι επιπτώσεις στη γονιμότητα είναι σοβαρότερες στους άνδρες φορείς. Σε περιπτώσεις οικογενειών με μετάθεση, έχει παρατηρηθεί ότι, ενώ η μετάθεση στους άνδρες έχει ως αποτέλεσμα ολιγοσπερμία ή ολιγοασθενοσπερμία, στις γυναίκες δεν έχει καμία επίπτωση στη γονιμότητα. Παρ? όλα αυτά, πρέπει να τονιστεί ότι δεν προκαλούν όλες οι μεταθέσεις προβλήματα στη σπερματογένεση. Στο σχήμα 1 απεικονίζονται οι τέσσερις συχνότεροι τύποι γαμετών που προκύπτουν κατά τη διαδικασία της μείωσης. Θεωρητικά 25% έχει ως αποτέλεσμα τη σύλληψη φυσιολογικού εμβρύου, 25% εμβρύου φορέα της γονεϊκής μετάθεσης και 50% παθολογικού εμβρύου με ανισοζυγισμένο χρωμοσωματικό υλικό. Τα ποσοστά αυτά, όμως, ποικίλλουν πολύ, ανάλογα με τη μετάθεση, γεγονός που επιβεβαιώνεται και από τα αποτελέσματα του δικού μας εργαστηρίου.

Σε υπογόνιμους ή στείρους άνδρες με φυσιολογικό καρυότυπο και ανωμαλίες στον αριθμό ή στη μορφολογία των σπερματοζωαρίων είναι αυξημένη η συχνότητα χρωμοσωματικών ανωμαλιών στα σπερματοζωάρια, κυρίως των φυλετικών χρωμοσωμάτων. Στην ολιγοσπερμία και στην ολιγοασθενοσπερμία έχει παρατηρηθεί ότι 70% των σπερματοζωαρίων έχει ανευπλοειδίες, κυρίως των φυλετικών χρωμοσωμάτων Χ και Υ. Αντιθέτως, η μειωμένη κινητικότητα δεν έχει συσχετιστεί με χρωμοσωματικές ανωμαλίες.

Σε υγιείς γόνιμους άνδρες, περίπου το 3%-4% των σπερματοζωαρίων έχει ανωμαλίες στον αριθμό και το 10% στη δομή των χρωμοσωμάτων. Όσον αφορά στα ωάρια, τα ποσοστά με ανωμαλίες κυμαίνονται από 1,5%-20%, ανάλογα με την ηλικία της γυναίκας.

1.1. Καθ? έξιν αποβολές
Το 15% των κυήσεων χάνεται από μη συστηματικές αιτίες, επομένως ζευγάρια με μία ή δύο αποβολές δεν θεωρείται απαραίτητο να προχωρήσουν σε εξετάσεις. Όταν όμως ένα ζευγάρι έχει ιστορικό με τρεις αποβολές και πάνω απαιτείται εργαστηριακός έλεγχος. Μία από τις εξετάσεις που πρέπει να γίνει είναι ο χρωμοσωματικός έλεγχος (καρυότυπος) και στα δύο μέλη. Στο 7% περίπου αυτών των ζευγαριών, ένας γονιός φέρει κάποια συνήθως ισοζυγισμένη χρωμοσωματική αναδιάταξη, που ναι μεν στον ίδιο μπορεί να μην έχει καμία κλινική επίπτωση, όμως σε μη ισοζυγισμένη μορφή στο έμβρυο προκαλεί παλινδρόμηση της κύησης. Αν η μη ισοζυγισμένη μορφή της αναδιάταξης στο έμβρυο είναι βιώσιμη έχει ως αποτέλεσμα τη γέννηση παιδιού με χρωμοσωματική ανωμαλία. Ο κίνδυνος παλινδρόμησης του εμβρύου ή γέννησης παιδιού με χρωμοσωματική ανωμαλία εξαρτάται από τον τύπο της αναδιάταξης. Σήμερα είναι εφικτή και η προεμφυτευτική διάγνωση εμβρύων με χρωμοσωματική ανωμαλία σε κάποια ζευγάρια, τα οποία συμμετέχουν σε προγράμματα εξωσωματικής γονιμοποίησης, ανάλογα με το πρόβλημα. Σε αυτήν την περίπτωση εμφυτεύονται μόνον τα υγιή έμβρυα.

2. Γονιδιακές βλάβες
Η ανθρώπινη αναπαραγωγή είναι μια πολύ πολύπλοκη διαδικασία στην οποία λαμβάνουν μέρος χιλιάδες γονίδια, τα οποία ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται σε διάφορα στάδια ήδη από την εμβρυϊκή ζωή. Μερικά από αυτά μας είναι γνωστά, όμως πολλά μένουν ακόμη να διευκρινιστούν.

2.1 . Ανδρική υπογονιμότητα
Φαίνεται να υπάρχουν 50 γονίδια τα οποία σχετίζονται με τη σπερματογένεση. Τα γονίδια αυτά εμπλέκονται στις κυριότερες αιτίες της ανδρικής υπογονιμότητας οι οποίες είναι οι εξής:

2.1.1. Μικροελλείμματα στο χρωμόσωμα Υ
Το 1996 ο Vogt και οι συνεργάτες του αναγνώρισαν τρεις περιοχές πάνω στο χρωμόσωμα Υ, οι οποίες παρουσίαζαν συστηματικά ελλείψεις σε άνδρες με υπογονιμότητα. Ονόμασαν την ευρύτερη περιοχή παράγοντα αζωοσπερμίας ή αλλιώς AZF (azoospermia factor) και τη διαχώρισαν σε τρεις περιοχές, τις οποίες ονόμασαν AZFa, AZFb και AZFc αντίστοιχα (σχήμα 2).

Η περιοχή AZFa φέρει τα γονίδια USP9Y και DBY, ενώ η περιοχή AZFb τα γονίδια RBMY. Τα γονίδια αυτά εκφράζονται αποκλειστικά στους όρχεις και η έλλειψη της περιοχής αυτής προκαλεί διακοπή της σπερματογένεσης και αζωοσπερμία.
Τα μικροελλείμματα στην περιοχή AZFc είναι αυτά τα οποία απαντούν συχνότερα σε υπογόνιμους άντρες. Παρατηρούνται ολοκληρωτικές και μερικές ελλείψεις της περιοχής και προκαλούν ποικιλία φαινοτύπων (από ολιγοσπερμία έως αζωοσπερμία). Σύμφωνα με μελέτες το 13% των υπογόνιμων ανδρών φέρει μεταλλάξεις στην περιοχή αυτή. Τα σημαντικότερα γονίδια που συναντώνται σε αυτήν είναι τα DAZ, τα οποία παίζουν σημαντικό ρόλο ως ρυθμιστικοί παράγοντες στη μεταγραφή και στη μειωτική διαίρεση των αρχέγονων γεννητικών κυττάρων, καθώς και στην εξασφάλιση της σταθερότητας του αριθμού τους.

2.1.2. Μεταλλάξεις στο γονίδιο της κυστικής ίνωσης (CFTR) και συγγενής αμφοτερόπλευρη απόφραξη του σπερματικού πόρου (CBAVD)
Πολύ σημαντικό ρόλο στην αποφρακτική ανδρική υπογονιμότητα διαδραματίζει το γονίδιο CFTR, το οποίο εκφράζεται στα επιθηλιακά κύτταρα εξωκρινών ιστών (πνεύμονες, πάγκρεας, ιδρωτοποιοί αδένες, σπερματικός πόρος) και είναι υπεύθυνο για την παραγωγή μιας διαμεμβρανικής πρωτεΐνης που λειτουργεί ως αυλός μεταφοράς ιόντων χλωρίου. Στο γονίδιο αυτό έχουν περιγραφεί πάνω από 1.500 μεταλλάξεις και πολυμορφισμοί, με συχνότερη τη μετάλλαξη F508del. Οι ασθενείς με κυστική ίνωση είναι υπογόνιμοι στο 95% των περιπτώσεων εξαιτίας της συγγενούς αμφοτερόπλευρης απόφραξης του σπερματικού πόρου (CBAVD) την οποία παρουσιάζουν. Συγγενής αμφοτερόπλευρη απόφραξη του σπερματικού πόρου (CBAVD), όμως, παρουσιάζεται και στο 2%-6% των κατά τα άλλα φυσιολογικών υπογόνιμων ανδρών. Το 60% αυτών των περιπτώσεων φέρουν ήπιες μεταλλαγές στο γονίδιο CFTR. Στους ασθενείς με CBAVD η σπερματογένεση ολοκληρώνεται κανονικά και είναι εφικτή η συλλογή σπερματοζωαρίων με βιοψία όρχεων.

2.1.3. Σύνδρομο μη απόκρισης στα ανδρογόνα (AIS: androgen insensitivity syndrome)
Πρόκειται για ένα φυλοσύνδετο νόσημα που χαρακτηρίζεται από ελαττωματική αρρενοποίηση σε άτομο με καρυότυπο 46,ΧΥ με ποικιλία φαινοτύπων. Διακρίνεται σε σύνδρομο ολικής μη απόκρισης στα ανδρογόνα (CAIS: Complete androgen insensitivity syndrome) με εξωτερικά γεννητικά όργανα φυσιολογικού θήλεος ατόμου, σε σύνδρομο μερικής μη απόκρισης στα ανδρογόνα (PAIS: Partial androgen insensitivity syndrome) με εξωτερικά γεννητικά όργανα μερικώς αρρενοποιημένα και τέλος σε σύνδρομο ήπιας μη απόκρισης στα ανδρογόνα (MAIS: Mild androgen insensitivity syndrome) με εξωτερικά γεννητικά όργανα άρρενος ατόμου.

Το σύνδρομο αυτό οφείλεται σε ελαττωματική λειτουργία του γονιδίου του υποδοχέα ανδρογόνων (AR: Androgen Receptor). Το γονίδιο αυτό εκφράζεται σε διάφορους ιστούς από την όγδοη κιόλας εβδομάδα της κύησης και διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη μετατροπή του αγωγού του Wolf σε επιδιδυμίδα, σπερματικό πόρο και σπερματοδόχους κύστεις, καθώς και στη σπερματογένεση. Η μεγάλη ποικιλία των φαινοτύπων οφείλεται στη δυνατότητα επέκτασης του γονιδίου. Το 2% των κατά τα άλλα φυσιολογικών υπογόνιμων ανδρών παρουσιάζει μεταλλάξεις στο γονίδιο αυτό.

2.1.4. Υπογοναδοτροπικός υπογοναδισμός και σύνδρομο Kallman
Ο υπογοναδοτροπικός υπογοναδισμός είναι ένα νόσημα που παρατηρείται σε 1:10.000 άρρενα άτομα. Η υπογονιμότητα σε αυτήν την περίπτωση οφείλεται σε ελαττώματα στο σύστημα υποθαλάμου-υπόφυσης και στην αδυναμία φυσιολογικής έκκρισης γοναδοτροπινών. Ο υπογοναδοτροπικός υπογοναδισμός συνοδευόμενος από ανοσμία αποτελεί το σύνδρομο Kallman. Τα κυριότερα χαρακτηριστικά του συνδρόμου Kallman είναι η απουσία όσφρησης, ο υπογοναδισμός, η αναστολή της σπερματογένεσης, η ατροφία όρχεων, η κρυψορχία και η αμφίχειρη συνκινησία. Υπάρχουν αρκετά γονίδια που σχετίζονται με το σύνδρομο αυτό με κυριότερα τα KAL1, KAL2 και GNRHR11.

2.1.5. Μεταλλάξεις στο μιτοχονδριακό DNA του σπέρματος
Η έκθεση των σπερματοζωαρίων σε χημικά ενεργοποιημένα μόρια (ROS), προκαλλεί μεταλλάξεις στο ευάλωτο λόγω σχήματος μιτοχονδριακό DNA με αποτέλεσμα τη μειωμένη κινητικότητα και πιθανόν την απόπτωση των σπερματοζωαρίων.

2.1.6. Λάθη στο πακετάρισμα της χρωματίνης (sperm apoptosis – sperm DNA fragmentation)
Το DNA στον πυρήνα των σπερματοζωαρίων είναι πολύ σφιχτά πακεταρισμένο γύρω από πρωτεΐνες που ονομάζονται πρωταμίνες. Μεταλλάξεις στα γονίδια που τις κωδικοποιούν έχουν ως αποτέλεσμα ανώμαλα πακεταρισμένες χρωματινικές δομές που οδηγούν σε χαμηλή ποιότητα σπέρματος, σε μειωμένη γονιμοποιητική ικανότητα, σε κατακερματισμό του DNA και τελικά σε απόπτωση.

2.2. Γυναικεία υπογονιμότητα
Οι κυριότερες αιτίες γυναικείας υπογονιμότητας είναι οι εξής:

2.2.1. Πρόωρη Ωοθηκική Ανεπάρκεια (POF: Premature Ovarian Failure)
Χαρακτηρίζεται από αυξημένα επίπεδα γοναδοτροπινών. Οι κυριότερες γενετικές αιτίες είναι οι χρωμοσωματικές ανωμαλίες, η γαλακτοζαιμία, οι μεταλλάξεις στον υποδοχέα της FSH και στον υποδoχέα της LΗ και τέλος η προμετάλλαξη ευθραύστου Χ (FMR1 premutation). Η τελευταία αποτελεί και τη συχνότερα συναντώμενη γνωστή αιτία της POF έπειτα από τις χρωμοσωματικές ανωμαλίες. Η προμετάλλαξη οφείλεται σε επέκταση μιας τριπλέτας CGG σε 50-200 αντίγραφα στο 5΄ άκρο του γονιδίου FMR1, ενώ η επέκταση του γονιδίου σε περισσότερα από 200 αντίγραφα προκαλεί το σύνδρομο ευθραύστου Χ14. Η προμετάλλαξη αυτή θα προκαλέσει πρόωρη ωοθηκική ανεπάρκεια στο 13%-20% των γυναικών που τη φέρουν.

2.2.2. Σύνδρομο πολυκυστικών ωοθηκών (PCOS: polycystic ovarian syndrome)
Για την παρουσία του παραπάνω συνδρόμου έχουν ενοχοποιηθεί 50 γονίδια που αφορούν κυρίως στην ωογένεση, στην έκκριση και στην ενεργότητα της ινσουλίνης, καθώς και στη βιοσύνθεση των ανδρογόνων. Το πιο πιθανό γονίδιο, η μετάλλαξη του οποίου οδηγεί στην εμφάνιση του συνδρόμου, είναι το FBNN3, υπεύθυνο για την παραγωγή φιμπριλλίνης 3.

2.2.3. Υπογοναδοτροπικός υπογοναδισμός και σύνδρομο Kallman
Όπως στα άρρενα, έτσι και στα θήλεα άτομα ο υπογοναδοτροπικός υπογοναδισμός και το σύνδρομο Kallman (με μικρότερη συχνότητα 1:50.000 άτομα) είναι αιτίες υπογονιμότητας εξαιτίας της πρωτοπαθούς αμηνόρροιας που προκαλλούν. Τα κυριότερα γονίδια, στα οποία οφείλεται είναι, όπως προαναφέρθηκε, τα KAL1, KAL2 και GNRHR gene.

Όπως προκύπτει από τα προαναφερθέντα, τόσο η ανδρική όσο και η γυναικεία υπογονιμότητα ενδεχομένως υποκρύπτουν χρωμοσωματικές ανωμαλίες και φορεία μεταλλάξεων σε γονίδια που σχετίζονται με σοβαρές γενετικές ασθένειες. Η διάγνωση της αιτίας υπογονιμότητας είναι σημαντική τόσο για την κατανόηση της αιτίας της όσο και για την καθοδήγηση του ασθενούς σχετικά με τις τεχνικές υποβοηθούμενης αναπαραγωγής οι οποίες πρέπει να εφαρμοστούν.

Eικ. 1. Καρυότυπος θήλεος ατόμου με αμοιβαία μετάθεση μεταξύ των χρωμοσωμάτων Χ και 6 σε γυναίκα με υπογονιμότητα.

Σχήμα 1. Απεικόνιση των τεσσάρων τύπων γαμετών που προκύπτουν κατά τη μειωτική διαίρεση στις γονάδες σε φορέα αμοιβαίας μετάθεσης μεταξύ δύο χρωμοσωμάτων.