Male Subfertility - Genes and male subfertility

Horizontal Divider 26

ΚΑΤΑΝΟΗΣΗ ΤΩΝ ΓΟΝΙΔΙΩΝ ΠΟΥ ΕΝΕΧΟΝΤΑΙ ΣΤΗΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΗΣ ΣΠΕΡΜΑΤΟΓΕΝΕΣΗΣ

Η σπερματογένεση είναι μία μοναδική διαδικασία συνεχούς διαφοροποίησης διότι η ποσότητα του DNA δεν διατηρείται αλλά μειώνεται ακριβώς στο μισό . Στα αρχικά στάδια κύτταρα τα οποία ονομάζονται σπερματογόνια υφίστανται μιτωτικές διαιρέσεις δημιουργώντας σπερματοκύτταρα πρώτης και δεύτερης τάξης .Σε αυτά τα κύτταρα πραγματοποιούνται στην συνέχεια η πρώτη και η δεύτερη μειωτική διαίρεση .Τα απλοειδή προϊόντα αυτών των μειωτικών διαιρέσεων είναι οι στρογγυλές σπερματίδες , οι οποίες επιμηκύνονται κατά την διάρκεια διαδικασίας που αποκαλείται σπερματογένεση, και συμπυκνώνουν την χρωματίνη τους στην κεφαλή της σπερματίδας ενώ στην συνέχεια δημιουργούνται και τα υπόλοιπα τμήματά της.

Το Υ χρωμόσωμα δεν είναι απαραίτητο για την ζωή

Γονίδια απαραίτητα για την διαδικασία της σπερματογένεσης δεν μπορούν να αναγνωρισθούν εύκολα με μελέτες οικογενειών ή να χαρτογραφηθούν με προσεγγίσεις σύνδεσης εξαιτίας των περιορισμών που επιβάλλονται από το μέγεθος των οικογενειών και της φύσης του ελαττώματος. Με αυτή την λογική το Υ χρωμόσωμα αποτελεί ειδική περίπτωση. Όχι μόνο πιστεύεται ότι αποτελεί προτιμώμενη θέση για τα γονίδια τα οποία είναι υπεύθυνα για την διαμόρφωση της ανδρικής φυσιολογίας , για εξελικτικούς λόγους, αλλά δεν είναι απαραίτητο για την ανάπτυξη του θηλυκού ατόμου. Ως συνέπεια αυτό σημαίνει ότι άτομο με ελλείψεις στο Υ χρωμόσωμα μπορεί να είναι βιώσιμο.

Sperm maturation disorders

Αζωοσπερμικός παράγοντας : δεν αποτελείται από ένα γονίδιο

Μία πρώιμη σημαντική ανακάλυψη ήταν ότι οι αζωοσπερμικοί άνδρες είχαν ελλείψεις στο μακρύ σκέλος του Υ χρωμοσώματος, υπονοώντας ότι μία μη εμφανείς αρχικά γενετική ανωμαλία μπορεί να ήταν υπεύθυνη σε ορισμένες περιπτώσεις . Αυτό οδήγησε στην θεώρηση ενός τόπου που κωδικοποιεί τον παράγοντα αζωοσπερμίας ,σε αυτήν την περιοχή του Υ χρωμοσώματος, ενός γονιδίου απαραίτητου για την φυσιολογική παραγωγή σπερματίδων. Αυτή η περιοχή έχει χαρτογραφηθεί στο Υq11.23 στο διάστημα 6 περιλαμβάνοντας 5 εκατ. ζεύγη βάσεων . Πρόσφατες έρευνες που στόχευαν στην χαρτογράφηση αυτού του γενετικού τόπου σε αζωοσπερμικούς άνδρες με μικρότερες ελλείψεις στο Υ χρωμόσωμα περιέπλεξαν την εικόνα σημαντικά και προτείνουν ότι αντί για ένα γενετικό τόπο πρέπει να αποδεχθούμε την ύπαρξη τριών ασυνεχών περιοχών του μακρού σκέλους του Υ χρωμοσώματος οι οποίες είναι υπεύθυνες για την ανδρική γονιμότητα. Αυτές οι περιοχές αποκαλούνται ΑΖFa-b-c. Υποψήφια γονίδια έχουν απομονωθεί για τις περιοχές AZFa AZFb AZFc.

Απομόνωση γονιδίων σημαντικά για την διαδικασία της σπερματογένεσης

Το γονίδιο RBM ήταν το πρώτο από τα υποψήφια γονίδια τα οποία αναγνωρίσθηκαν . Αντί να κωδικοποιείται από ένα γονίδιο υπάρχει μία οικογένεια γονιδίων και ψευδογονιδίων διάσπαρτα και στα δύο σκέλη του Υ χρωμοσώματος συμπεριλαμβανομένου και ενός τομέα στην υποπεριοχή AZFb .Σημειωτέον τα γονίδια RBM κωδικοποιούν μία πρωτεΐνη (RBMp) με απλό μοτίβο αναγνώρισης RNA, μία αλληλουχία από αμινοξέα που φαίνεται ότι συνδέονται με RNA. Η έκφρασή της φαίνεται ότι περιορίζεται στην σπερματική κυτταρική σειρά του άνδρα και στο ποντίκι. Τα RBM γονίδια σχετίζονται με το αυτοσωμικό γονίδιο hnRNPG, και τα δύο αποτελούν μέλη της hnRNPG οικογένειας πρωτεϊνών που σχετίζονται με την πολυαδενυλύωση του RNA και συμμετέχουν στην προ το σχηματισμό του mRNA συσκευασία , μεταφορά στο κυτόπλασμα, και συρραφή. Μία διαφορά είναι ότι το hnRNPG εκφράζεται απαραίτητα σε όλους τους κυτταρικούς τύπους.

Το γεγονός ότι το γονίδιο RBM αποτελείται από πολλά όμοια επαναλαμβανόμενα αντίγραφα της ίδιας αλληλουχίας καθιστά τις προσπάθειες για την κατανόηση του ρόλου που διαδραματίζει στην σπερματογένεση , η πρωτεΐνη, πολύπλοκες . Μία σημαντική ερώτηση είναι το κατά πόσο όλα τα μέλη της οικογένειας γονιδίων RBM με διαφορετική εντόπιση στο Υ χρωμόσωμα είναι λειτουργικά το ίδιο ενεργά; Πρόσφατες έρευνες με την χρησιμοποίηση αντισωμάτων για την RBMp σε ανοσοκυττοχημική ανάλυση των όρχεων μη γόνιμων ανδρών με ελλείψεις στο Υ χρωμόσωμα εντόπισαν τα ενεργά αντίγραφα στην υποπεριοχή AZFb .Ωστόσο παραμένει πιθανόν ότι ελλείψεις γονιδίων RBM εκτός από αυτών που βρίσκονται στην ενεργή αντιγραφικά περιοχή μπορεί να είναι μερικώς ή και πλήρως υπεύθυνες για την πρόκληση παρατηρούμενης σπερματογονικής διακοπής. Σημαντικές ερευνητικές προσπάθειες οδήγησαν στην αναγνώριση γονιδίων που ανήκουν στην οικογένεια γονιδίων του RBM τα οποία κωδικοποιούν πρωτεΐνες οι οποίες συνδέονται με RNA. Αυτά τα γονίδια καθορίσθηκαν ως YRRM1 και YRRM2 και θεωρήθηκαν ως πιθανά γονίδια για την περιοχή AZF. Η οικογένεια γονιδίων του RBM αποδείχθηκε ότι αποτελείται από τουλάχιστον 15 μέλη μερικά από τα οποία μεταγράφονται και εκφράζονται στα σπερματογόνια και στα σπερματοκύτταρα πρώτης και δεύτερης τάξης. Ωστόσο ο συνεχείς έλεγχος για ελλείψεις των YRRM1 και YRRM2 σε φυσιολογικούς και άνδρες με υπογονιμότητα απέδειξαν ότι το YRRM2 είναι πολύ συνηθισμένο να λείπει σε αρκετές περιπτώσεις σε εξεταζόμενους πληθυσμούς και ότι το YRRM1 μπορεί να είναι παρόν σε επιβεβαιωμένες περιπτώσεις όπου έχουν σημειωθεί μικροελλείψεις στο Υ χρωμόσωμα. Παρόλα αυτά δεν είναι γνωστό το κατά πόσο τα YRRM1 και YRRM2 αποτελούν ενεργά αντίγραφα της οικογένειας γονιδίων RBM.

DAZ: Της ακόμη γονίδιο υποψήφιο για τον αζωοσπερμικό παράγοντα

Πιο πρόσφατα δύο άλλα υποψήφια γονίδια για την περιοχή του αζωοσπερμικού παράγοντα απομονώθηκαν για το Υ χρωμόσωμα . Μολονότι διαφορετικής αλληλουχίας από το RBM τόσο το DAZ όσο και SPGY κωδικοποιούν πρωτεΐνες με παρόμοια μοριακή δομή , με απλό μοτίβο αναγνώρισης RNA και εσωτερικώς επαναλαμβανόμενη αλληλουχία . Αρχικά το DAZ γονίδιο θεωρήθηκε ότι ήταν ένα γονίδιο ενώ το SPGY γονίδιο με πολλαπλά αντίγραφα . Τώρα είναι βέβαιο ότι και τα δύο είναι μέλη της της οικογένειας γονιδίων , η οποία εντοπίζεται στο ακραίο τμήμα του Υ χρωμοσώματος στην ευχρωματίνη σε μία περιοχή που ανταποκρίνεται στο AZFc . Η καλύτερη εκτίμηση για τον αριθμό των γονιδίων σε αυτήν την οικογένεια είναι 6-10 . Αυτή η περιοχή του Υ χρωμοσώματος λείπει στο 4-13% των περιπτώσεων ασθενών σε κλινικές γονιμότητας που παρουσιάζουν είτε αζωοσπερμία είτε βαριά ολιγοσπερμία .

Αυτή η συχνότητα των εξ’αρχής (de novo) ελλείψεων είναι η υψηλότερη που έχει αναφερθεί για οποιαδήποτε περιοχή του ανθρώπινου γονιδιώματος και πιθανότατα αντανακλά τα δομικά χαρακτηριστικά του DNA ή της χρωματίνης σε αυτή την περιοχή του Υ χρωμοσώματος . Η ύπαρξη ολιγοσπερματικών ανδρών με DAZ / SPGY ελλείψεις υπονοούν ότι αυτά τα γονίδια δεν είναι απολύτως απαραίτητα για την ολοκλήρωση της σπερματογένεσης , ένα συμπέρασμα που ενισχύεται από την παρατήρηση ότι τουλάχιστον ένα άνδρας με ελλείψεις για DAZ / SPGY είχε υιό ο οποίος κληρονόμησε την μικροέλλειψη . Το γεγονός ότι ο υιός ήταν αζωοσπερμικός προϋποθέτει ότι και άλλοι παράγοντες μπορεί να επηρεάζουν την έκφραση της της έλλειψης . Αυτή η θεωρία θα ήταν σύμφωνη με την μεγάλη ποικιλία φαινοτύπων που παρατηρούνται μετά από ιστικές αναλύσεις όρχεων σε άνδρες με ελλείψεις στο AZFc .

Map of the Y chromosome

Απομόνωση υποψήφιων γονιδίων για την περιοχή ΑΖFa

Μετά από επίπονη έρευνα ο ερευνητής David Page του HHMI βρήκε την πρώτη μετάλλαξη στο Υ χρωμόσωμα που εμποδίζει την παραγωγή σπέρματος και προκαλεί ανδρική στειρότητα. Ο Page ήθελε να ανακαλύψει πιο από τα τμήματα του μακρού σκέλους του Υ χρωμοσώματος που έλλειπαν ήταν σημαντικό. Αυτός πρώτα καθόρισε την συνολική συχνότητα με την οποία το DNA μιας περιοχής του Υ χρωμοσώματος έλλειπε σε έναν αριθμό ανδρών με στειρότητα . Ανακάλυψε ότι η περιοχή αυτή περιείχε μόνο δύο γονίδια , οπότε ξεκίνησε να εξετάζει την αλληλουχία DNA σε γονίδια από 576 άνδρες με στειρότητα.

Ένα από τα γονίδια , ονομαζόμενο USP9Y, εμφάνιζε μία παραλλαγή στο DNA στο δείγμα από 5 ασθενείς με ανδρική υπογονιμότητα . Τέσσερις από τις παραλλαγές ήταν παρούσες σε έναν υγιή γονιό ή αδερφό και δεν προκαλούσε αλλαγή στην τελική πρωτεΐνη που παράγεται από το γονίδιο. Αλλά η μετάλλαξη που εμφανιζόταν σε έναν συγγενή με κωδικό WHT2780 , δεν εμφανιζόταν στα συγγενικά υγιή πρόσωπα ούτε στον αδελφό του παρόλο που και τα δύο άτομα είχαν κληρονομήσει το ίδιο Υ χρωμόσωμα από τον πατέρα τους. Η μετάλλαξη μπορεί να εμφανίστηκε για πρώτη φορά στον ασθενή WHT2780 και έτσι αποτελεί πιθανή αιτιολογία για την ανικανότητα του ατόμου.

Γονίδια του Υ χρωμοσώματος και εξέλιξη

Η διατήρηση μιας πρωτεΐνης κατά την εξέλιξη των οργανισμών και ο βαθμός συγγένειας ίδιων γονιδίων μεταξύ των ειδών είναι κοινώς αποδεκτά ως κριτήρια για την λειτουργική πίεση σε ένα γονίδιο . Τα γονίδια RBM είναι παρόντα στο Υ χρωμόσωμα όλων των θηλαστικών που έχουν ελεγχθεί συμπεριλαμβανομένων και των μαρσιποφόρων. Η διατήρηση των RBM στο Υ χρωμόσωμα προϋποθέτει επιλογή , καθώς σε αντίθετη περίπτωση τα έτειναν προς τον γρήγορο εκφυλισμό τους εξαιτίας απουσίας ανασυνδυασμού στο εν λόγω χρωμόσωμα .

Τα DAZ / SPGY προέρχονται από τα αυτοσωμικά γονίδια DAZLA/ DAZh τα οποία περιγράφηκαν πρώτα στα ποντίκια στο χρωμόσωμα 17 κοντά ή μέσα στο ακραίο τμήμα μίας περιοχής που αποκαλείται t complex. Σε μία σημαντική πρόσφατη εξέλιξη διάφορα εργαστήρια έδειξαν ότι υπάρχουν και στον άνθρωπο αυτοσωμικά ομόλογα των DAZ/SPGY τα οποία αποκαλούνται DAZLA ή DAZ ή SPGY. Χάριν ευκολίας όλα τα γονίδια SPGY θα αναφέρονται ως DAZ και όλα τα αυτοσωμικά ομόλογα ως DAZL. Στο ανθρώπινο γονιδίωμα το βρίσκεται στο χρωμόσωμα 3. Παρά την αυτοσωμική τους εντόπιση DAZ τα γονίδια τόσο στον άνθρωπο όσο και στα ποντίκια εκφράζονται μόνο στα κύτταρα του σπέρματος. Αυτές οι διαφορές στην διανομή των RBM και DAZ/SPGY γονιδίων μπορεί να αντανακλά παρόμοιο τρόπο εξέλιξης, στην απόκτηση των γονιδίων γονιμότητας αλλά με τελείως διαφορετικό χρόνο πραγματοποίησης των γεγονότων.

Η φύση πολλαπλών αντιγράφων και των δύο οικογενειών γονιδίων του Υ χρωμοσώματος συγκρινόμενα με τα συγγενικά απλά αντίγραφα των αυτοσωμικών γονιδίων μπορεί να εξηγηθεί ως ένας μηχανισμός διατήρησης της λειτουργικότητας ενός γονιδίου. Εναλλακτικά η επιλογή που επιβάλλεται με την χρωμοσωμική τοποθέτηση μπορεί επίσης να δρα προς την κατεύθυνση της αύξησης του αριθμού των αντιγράφων της οικογέ&#