Y-Kromosom Og Mannlig Infertilitet

Vår Forskning På Y-Kromosomet Og Mannlig Infertilitet

Sammen med UTVIKLINGEN AV ICSI i 1993, vårt senter var den første til å studere Y-kromosomet og mannlig infertilitet, og hvorfor små mengder sperm er ofte funnet i testiklene av azoospermic menn tidligere antatt å være gjør ingen sperm. Du har sikkert hørt mye Om y-kromosomet. Det er det som bestemmer at en mann er en mann. Vi oppdaget med vårt første vitenskapelige papir om dette i 1995 at Y-kromosomet inneholder mange gener som er involvert i spermatogenese, og slettinger som involverer disse genene finnes ofte hos infertile menn. Det har vært mye unknowledgeable diskusjon om vår oppdagelse av disse sperm produserende gener På Y og mye feilinformasjon. Så i denne siden, jeg vil prøve å rydde opp i forvirringen slik at du vil forstå bedre genetikk av mannlig infertilitet. Vår sekvensering AV Dna Av Y gir oss et dypt perspektiv om infertilitet gener som er utbredt i hele genomet, og som også er involvert i overføring av infertilitet til fremtidige generasjoner. En fordel med å forstå Y-kromosomet er at det vil hjelpe oss å forstå hvorfor menn som er tilsynelatende azoospermic vanligvis har noen gjenværende liten mengde spermatogenese som kan brukes til vellykket ICSI. Enda viktigere, vil det utsette det nytteløse i å prøve å øke sperm count med narkotika eller varicocoele kirurgi.

Inntil for to tiår siden var det ingen behandlingsalternativer for infertile par da hannen hadde alvorlig nedsatt spermatogenese. Faktisk er det fortsatt ingen kliniske terapier for å korrigere mangelfull spermatogenese. SIDEN INNFØRINGEN AV ICSI av oss og Brussel nederlandsk Talende Free University i 1992, men det har vært en revolusjon i vår tenkning om mannlig infertilitet. Infertile par med de alvorligste tilfellene av mannlig infertilitet, selv med tilsynelatende 100% unormal morfologi og til og med bare sjeldne spermatozoer i ejakulatet, kan nå ha graviditet og leveringshastigheter som ikke tilsynelatende er forskjellige fra konvensjonell IVF med normal sæd.

i 1993 var vi de første til å introdusere mikrokirurgisk epididymal sperm aspirasjon (MESA) i forbindelse MED ICSI for behandling av obstruktiv azoospermi. Noen måneder senere ble TESE (testikulær spermekstraksjon) også funnet å være effektiv for de fleste tilfeller av ikke-obstruktiv azoospermi også. Årsaken er at ca 60% av azoospermic menn med antagelig ingen sperm produksjon faktisk har en liten mengde sperm produksjon i testis som er bare ikke kvantitativt tilstrekkelig til å smitte over i ejakulere, men som er tilstrekkelig FOR ICSI. Dermed kan selv menn med spermatogenese så mangelfull i mengde at ingen sæd i det hele tatt kan nå ejakulatet, nå få barn med BRUK AV TESE-ICSI.

Y-kromosomet og spermatogenesen hos mennesker og hos aper

Sammenligning av spermatogenese hos mennesker, sjimpanser og gorillaer har alltid vært fascinerende. Sjimpanser, som veier bare ca 100 pounds, har enorme 8 centimeter diameter runde (ikke ovale) testikler med spermtall på over en milliard per ml. Likevel gorillaer, som veier så mye som 600 pounds eller mer, har små testikler, svært dårlig spermatogenese, og i sparsom litteratur om gorilla testicular histologi, i de fleste tilfeller har det som synes å Være Sertoli celle bare. Mennesker, de nærmeste levende slektninger til sjimpanser og gorillaer, faller et sted i mellom.

den allment aksepterte årsaken til dette massive avviket i spermatogenese mellom disse tre nært beslektede artene ligger i deres forskjellige parringsmønstre. Sjimpanser samles i troupes av 30 til 40 i en utvidet familie der enhver kvinne som går inn i varmen er umiddelbart montert av hver eneste mann i troppen. Derfor er det en intens «konkurranse» mellom spermiene til de forskjellige mennene for å se hvilken som vil gjødsle kvinnens egg. Det er langt mer sannsynlig at den mannlige med høyest sædkvalitet, og de største testiklene, vil bli far til den mannlige avkom, på grunn av den høye graden av «sperm konkurranse» i sjimpanser.

i gorillaer er det motsatt. Enhver kvinne er permanent festet til bare en enkelt silverback alpha male, og hvis hun noen gang blir gravid, må den bare være med sin sæd. Så i gorillaer er det ingen spermekonkurranse. Det resulterer i små testikler med svært lave sædtall i disse ellers store, veldig macho dyrene. Men hvorfor er det? Svaret ligger i den spesielle ustabiliteten til Det ikke-rekombinerende Y-kromosomet.

multiple nukleotidsekvensen direkte og inverterte repetisjoner (amplicons og palindromer) er der alle testis spesifikke spermatogenese gener På Y er plassert. Disse områdene er utsatt for hyppige slettinger forårsaket av ikke-homologe eller» illegitime » homolog rekombinasjon med seg selv, noe som resulterer i utfall av ofte store biter AV DNA, noe som gjør konsentrasjonen av spermatogenesegener på Y-kromosomet har en svært skjøre eksistens. Så uten sperm konkurranse, sperm teller over evigheter av tid er sannsynlig å gå ned.

Det mest spennende er å sammenligne det menneskelige Y-kromosomet med sjimpansens y-kromosom, som begge har blitt fullstendig og nøyaktig sekvensert. Dessverre har gorilla Y ennå ikke blitt sekvensert. Likevel er det noen interessante forskjeller mellom den menneskelige Y Og sjimpansen Y. For det Første har sjimpansen Y mange flere ampliconer og palindromer enn det menneskelige, og likevel mye færre ampliconiske gener (25 sammenlignet med 60). Videre mangler sjimpansen Y et gen (PRY) som er tilstede På AZFc i mennesket, men helt fraværende i sjimpansen. Videre har dette genet også vist seg å være fraværende hos sjeldne mennesker som har utrolig høye sædtall, nærmer seg en halv milliard. Dermed kan sammenligning av det superfruktbare sjimpanse Y-kromosomet til sin mindre fruktbare menneskelige fetter, hjelpe oss med å forstå bedre den genetiske kontrollen av spermatogenese hos våre infertile mannlige pasienter.

Genetiske årsaker til mannlig infertilitet: Rolle Av Y-kromosomet

Kromosomavvik hos menn, som translokasjoner og inversjoner, som kan bli funnet med rutinemessig karyotyping, er funnet i ca 1% av azoospermic menn. Imidlertid er de vanligste kromosomale abnormiteter hos azoospermiske menn abnormiteter som involverer sexkromosomene, som finnes hos ca 4% av disse mennene. Klinefelters syndrom, hvor pasienter viser en 47, XXY karyotype, er den hyppigste formen. Selv i disse tilfellene kan VI vanligvis finne noen få sjeldne sædceller som er tilstrekkelig for fruktbarhet ved BRUK AV ICSI.

prosentandelen av mannlig infertilitet som kan forklares med karyotyping alene er imidlertid lav, dette skyldes hovedsakelig lav oppløsning av rutinemessige cytogenetiske studier. Det var ikke før utviklingen av moderne molekylære teknikker som polymerasekjedereaksjon (PCR) at vi kunne studere de genetiske årsakene til mannlig infertilitet med mye større detalj. Siden da har mange flere genetiske abnormiteter, som mikro-deletjoner og punktmutasjoner, blitt beskrevet hos infertile menn, med mest forskning som fokuserer på generens rolle på det menneskelige Y-kromosomet. Vi har vist at Den lange armen Av y-kromosomet inneholder ikke en, men mange forskjellige delesjonsintervaller og minst 60 gener som tilhører ni genfamilier hvis eksklusive funksjon er i spermatogenese.

faktisk er slettingsfrekvensen for en eller flere av disse regionene På y-kromosomet hos menn med azoospermi eller alvorlig oligozoospermi ca.15% (Figur 1). Etter vår første rapport har mange laboratorier over hele verden rapportert om disse submikroskopiske slettingene Av Y-kromosomet hos azoospermiske og alvorlig oligozoospermiske menn. Faktisk er sletting screening Av Y-kromosomet nå ansett som standard praksis for alvorlig oligozoospermic og azoospermic pasienter som gjennomgår assistert befruktning i de fleste land i verden.

AZFa & b

AZFa-regionen skiller Seg fra AZFb-og AZFc-regionene på grunn av den ikke-repeterende strukturen og den lave slettingsfrekvensen. AZFa slettinger er svært svært uvanlige, og bare noen få sjeldne pasienter er beskrevet (Figur 2). Studier av denne regionen er imidlertid svært nyttige for å forstå det genetiske grunnlaget for mannlig infertilitet. Mangelen på sekvensrepetisjoner som plager resten Av Y-kromosomet, gjorde denne spesielle regionen Av Y mottagelig for et punktmutasjonssøk. Fordi nesten alle andre spermatogenesegener På Y-kromosomet, som De I AZFb og AZFc, er multikopi, er det nesten umulig å søke etter punktmutasjoner i disse genene. Det er også tvilsomt om punktmutasjoner i et enkelt gen av en genfamilie vil gi opphav til en alvorlig infertilitetsfenotype, da de gjenværende intakte kopier av genet potensielt kan kompensere for tap av funksjon av det muterte genet. Dette er en viktig lærdom for hvorfor spermatogenic defekter kommer i varierende grad av alvorlighetsgrad, og hvorfor selv i azoospermic menn, er det vanligvis fortsatt et lite antall sunn sperm «gjemmer seg» i testiklene.

AZFa-regionen gir dermed også en god modell for samspillet og overlappende funksjoner av flere gener som belyser den polygene naturen av den genetiske kontrollen av spermatogenese. Større y-slettinger (som tar ut flere gener) er forbundet med en mindre sannsynlighet for å finne tilstrekkelig sæd FOR ICSI enn mindre slettinger (Figur 3).

Slettinger Av AZFb-regionen er litt mer vanlig enn slettinger Av AZFa-regionen, men er fortsatt funnet i en svært liten prosent av azoosperm menn. Interessant, alle menn med slettinger Av AZFb beskrevet til dags dato er azoospermiske og viser også fullstendig fravær av spermatozoa i testis. Faktisk, regionen ofte referert til simplistically Som AZFb overlapper AZFc og har et enormt antall gjenta kopier av gener og pseudogener (RBMY, LIRKE, TTTY) arrangert i et kompleks av palindromer (invertert gjenta sekvenser). Slettinger I Denne Regionen Av Y er massive og er mye mindre vanlige enn I AZFc, og er forårsaket av svake «brytepunkter» i midten av sine inverterte gjentakelser.

Lær mer om:

AZFc

AZFc er Den første regionen Av Y vi studerte helt i fruktbare og infertile menn. Den mest slettede og best studerte regionen På Y-kromosomet er AZFc-regionen. Sletting Av AZFc-regionen er funnet i ca 12% av azoospermic menn og i 6% av alvorlig oligozoospermic menn. Den komplette nukleotidsekvensen I AZFc-regionen viste en ekstraordinær struktur og genetisk sammensetning. Regionen er konstruert fra massive områder med absolutt sekvensidentitet kalt amplikoner som er arrangert i direkte gjentakelser, og inverterte gjentakelser eller palindromer. AZFc-regionen spenner over 3,5 Mb og inneholder syv separate familier av gener med totalt 19 gener som alle utelukkende uttrykkes i testis (Figur 3). Interessant nok synes fraværet av denne store 3,5 Mb AZFc-delen Av Y-kromosomet å ikke ha noen annen skadelig effekt på hannen, unntatt ved spermatogenese som eksemplifiserer den bemerkelsesverdig spesialiserte funksjonen til Denne Regionen Av Y. Disse genene påvirker bare spermatogenese og ingenting annet.

DAZ-genfamilien, som er en av De syv genfamiliene som ligger I AZFc, var et av de første spermatogenesegenene identifisert på det humane Y-kromosomet. De humane DAZ-genene ble vist å bli transkribert spesifikt i spermatogoni og i tidlige primære spermatocytter. Interessant, homologer AV DAZ i andre arter ble også vist å være involvert i kontroll av spermatogenese, støtte og viktig rolle av dette genet i mannlig fruktbarhet hos mennesker, så vel som nesten alle andre dyr. Homologer AV DAZ har blitt funnet I Drosophila( kalt Boule), hos mus (kalt Dazl), hos frosker (kalt Xdazl) og til og med i ormer (kalt daz-1). DERFOR ER DAZ det eldgamle og godt konserverte spermatogene genet. I motsetning til mennesker er DAZ-genet i disse andre artene enkeltkopi og ligger på et autosom i stedet For På Y-kromosomet. I mennesket er DAZ tilstede På Y i fire nesten identiske repetisjonskopier (99,9% homologi) arrangert i to klynger med to gener i hver klynge.

mennesket beholder også en autosomal homolog AV DAZ kalt DAZL, som ligger på kromosom 3s. under evolusjonen, en gang etter splittelsen Av Gamle Og Nye verdensaper for omtrent 30 millioner år siden, ble dazl-genet transponert Til Y-kromosomet(Figur 4). Når autosomal DAZL ble transponert Til Y, det ble forsterket og beskjæres før det ble dagens DAZ genet familie på fire På Y. Faktisk er det enda en DAZ familie homolog hos mennesker, kalt BOULE, som ligner fly homolog boule, enda tettere enn DAZ eller DAZL. Den nøyaktige samspillet og mulig funksjonell overlapping mellom disse tre medlemmene av denne interessante genfamilien holder ledetråd til det særegne å finne noen overlevende sæd i testene av azoospermiske menn.

det er denne mangfoldigheten av genkopier som alle bidrar kvantitativt til total spermaproduksjon som forklarer den lille mengden sæd vi kan finne HOS TESE hos azoospermiske menn, på grunn av» redning » fra den fortsatte tilstedeværelsen av minst en av disse genkopiene, selv om de fleste mangler eller slettes.

Slettinger av Hele AZFc-regionen resulterer i tap av alle fire DAZ-kopier. Slettinger som bare involverer noen av DAZ-genene finnes også hos infertile menn, men disse mindre slettingene finnes hos menn med bare mild oligozoospermi, noe som indikerer en mulig gendoseeffekt, dvs. menn med sletting av bare to DAZ-gener er mindre påvirket enn menn med sletting av alle fire kopier. Disse dataene illustrerer at infertilitet er en kompleks multigenisk lidelse, og at forstyrrelse av forskjellige gener eller forstyrrelse av noen gener av en genfamilie kan resultere i forskjellige grader av spermatogen svikt.

Evolusjon og genetisk konstitusjon av det menneskelige y-kromosomet

Hva gjør Y-kromosomet, Med sine forvirrende gjentakelser, polymorfismer og degenererende regioner, til et interessant studieobjekt for mannlig infertilitet? Svaret ligger i den evolusjonære historien Til x-og Y-kromosomene. I løpet av de siste 240-320 millioner årene med pattedyrsutvikling har x-og Y-kromosomene utviklet seg fra det som opprinnelig var et par vanlige autosomer (Figur 5). I løpet av denne utviklingen, akkurat som de fleste av de forfedre x-genene forfalt På Y på Grunn av mangel på meiotisk rekombinasjon, kom gener som styrer spermatogenese på Y fra autosomer. En Gang På Y, disse tidligere autosomale gener forsterket i flere kopier, og oppnådd større prominens gjennom en prosess som kalles » gen konvertering.»Spermatogenesegener som kom På Y, men kom opprinnelig fra autosomer, inkluderer DAZ (fra autosome 3) og CDY (fra autosome 6) gener som er blant de syv genfamiliene som ligger I AZFc (Figur 6). Andre spermatogenesegener På Y, som RBMY, har vedvart i sin opprinnelige posisjon som På X. det forfedre genet som ble igjen På X-kromosomet (RBMX) beholdt sine utbredte cellulære funksjoner, mens RBMY, som fortsatte på det avtagende Y-kromosomet, utviklet en mannlig spesifikk funksjon i spermatogenese. Mannlige benefit gener har dermed kommet og akkumulert På det utviklende Y-kromosomet over mange millioner år.

denne utviklingen av De moderne x-og Y-kromosomene ble initiert av fremveksten av et mannlig kjønnsbestemmende gen (nå KJENT som SRY) på det som opprinnelig var et vanlig par autosomer (Figur 5). Gener assosiert med den ikke-rekombinerende SRY-regionen som var spesielt gunstig for mannlig funksjon eller antagonistisk for kvinnelig funksjon, blomstret på Det utviklende Y-kromosomet til tross for forverringen av mer generaliserte gener som manglet DNA-reparasjonsfordelene av meiose.

det neste spørsmålet som utviklingen Av X-og Y-kromosomene presenterer, som er avgjørende for å forstå mannlig infertilitet og ICSI, er hvordan overlevde dette degraderte Y-kromosomet i det hele tatt? Mangelen på rekombinasjon av det mannlige bestemmende y-kromosomet har ført til fullstendig forverring og tap av de fleste av sine opprinnelige 1,438 gener (antall gener på den tilsvarende X) og en akkumulering av bare 60 gener (bare 9 genfamilier) som er mannlige spesifikke som befinner seg i områder med sekvensidentitet som fremmer ytterligere slettinger. Så hvordan Overlever Y i Det hele tatt, og hvorfor beholder vi mennesker noen spermatogenese i det hele tatt?

svaret er » genkonvertering.»Det svarer på spørsmålet om hvordan disse ampliconiske gjentakelser og palindromiske inversjoner forekommer i det hele tatt. Når autosomer rekombinerer UNDER meiose, utveksles DNA på en måte som de akkumulerte mutasjonsfeilene i livet blir korrigert i bakteriecellene via DENNE DNA-utvekslingen. På en måte har autosomene «sex» med hverandre. Denne korrigerende meiosen kan ikke forekomme Med Y-kromosomet. I stedet, Y har «kjønn» med seg selv. Det vil si at den samme sekvensen gjentar Y bare «rekombinere» på en måte med hverandre,» illegitim » homolog rekombinasjon. Denne «genkonvertering» skaper og reparerer disse flere kopier OG inverterte DNA-sekvensrepetisjoner som karakteriserer Y og faktisk alle kjønnsbestemmende kromosomer. Så hvis det mangler eller slettes kopi av et spermatogenesegen, er det andre sikkerhetskopier som fortsatt kan redde spermatogenese til en viss grad.

Konklusjoner Om y slettinger OG ICSI

BRUKEN AV ICSI har økt enormt det siste tiåret, og for tiden tillater selv azoospermic menn med bare små mengder spermatozoa i deres testis å far barn. I de fleste tilfeller er det ingen åpenbar forklaring på mangelfull sædproduksjon hos hannen annet enn genetisk, og det er tenkelig at mannlige ICSI-avkom vil arve aberrasjonen og dermed også være ufruktbar. Denne muligheten vil sjelden avskrekke det infertile paret fra Å gjennomgå ICSI. Studier om Rollen Som y-slettinger i mannlig infertilitet har gitt ny innsikt i hvorfor vi kan finne sæd i azoospermiske menn. Aberrasjoner På Y-kromosomet finnes for tiden hos omtrent 15% av infertile menn. De fleste, men ikke alle, av disse mennene har fortsatt en viss grad av spermatogenese som resulterer i tilstrekkelig spermatozoa til Å utføre ICSI og få barn. Tilstedeværelsen Av y-slettinger reduserer ikke befruktnings-eller graviditetsraten, noe som gjør det mulig for disse mennene å få barn med samme effektivitet som ikke-y-slettede menn som gjennomgår ICSI.

Se også:

hvis du har spørsmål, kan du ringe oss på (314) 576-1400.