часть генов вовлеченных в сперматогенез и развитие мужских половых желез [26].
Микроделеции локуса AZF (Azoospermia factor region) – являются одной из
наиболее частых генетических причин бесплодия у мужчин при таких формах
нарушения сперматогенеза, как азооспермия и тяжелая форма олгигозооспермии.
Первые упоминания об ассоциации микроделеций Y хромосомы с мужским
бесплодием относится к 1976 году. Tiepolo соавторами при кариотипировании 1170
бесплодных мужчин, выявили 6 случаев удаления сегментов Y хромосомы [27].
Исследования послужили открытию новой эры в изучение перестроек Y хромосомы
и выявлению их связи с бесплодием.
В 1996 г. Vogt и соавт. на основе полученных данных о локализации и размере
делеций предложили выделить в локусе хромосомы Yq11.21-q11.23 три
неперекрывающихся субрегиона: AZFa, AZFb и AZFc [28]. Название «факторами
азооспермии» (AZF azoospermia factor) связано с локализацией в каждом регионе
генов участвующих в сперматогенезе.
Микроделеция AZFa охватывает регион, протяженностью около 792 тысяч п.н.,
который расположен в проксимальной части Yq (Yq11.21) [29]. Микроделеция
№№1-4(69-72), қаңтар-сәуір, январь-апрель, January-April, 2015 ISSN 2307-0188
Ġylym ža̋ne bìlìm ġasyry – Vek nauki i obrazovaniâ – Science and education century
___________________________________________________________________
10
возникает в результате неаллельной гомологичной рекомбинации между
последовательностями двух человеческих эндогенных ретровирусов фланкирующих
данный участок [30]. AZFa представлен однокопийными генами UTY, USP9Y и DBY,
а также и 11 псевдогенами и их удаление критически сказывается на сперматогенезе
приводя к азооспермии с синдромом «только клетки Сертоли», при котором в
семенных канальцах полностью отсутствуют предшественники сперматозоидов [31].
Делеция AZFb охватывает регион картированный в пределах ~ 18.1-24.7 млн.
пар MSY региона, в общей сложности удаляется участок протяженностью около 6,23
млн. п.н.. AZFb имеет ампликонную структуру (длинные дублированные
последовательности). Ампликоны объединены в семейства, нуклеотидная
идентичность каждого семейства составляет около 99%. Механизм делеции
заключается в перерекомбинации палиндрома P5 с проксимальной частью
палиндрома P1. Возможны и другие варианты микроделеций когда вместе AZFb
захватывается часть генетического материала региона AZFc, в результате чего
делетируется участок 7,7 млн. п.н. AZFb регион содержит несколько копий генных
семейств RBMI и RBMII, XKRY- и CDY-копии, а также гены PRY, EIF-1 A, SMCY [32].
Делеция AZFc охватывает регион картированный в пределах от 23 до 26.8 млн.
пар MSY региона, в общей сложности удаляется участок протяженностью около 3,5
млн. п.н. Как AZFb имеет ампликонную структуру строения. Он содержит несколько
генов и генных семейств, представленных на Y-хромосоме множественными
копиями, которые специфично экспрессируются в яичках. В этом участке находится
минимум 6 копий гена DAZ, ген PRY, кодирующий PTP-BL-гомологичный белок
(предшественник белка тирозиновой фосфатазы), представленный на Y-хромосоме
не менее чем двумя копиями; ген BPY2 ( BasicProteinchromosome), кодирующий
основной белок Y хромосомы; ген XKRY, а также гены TTY1 и TTY2, кодирующие
тестикулярные транскрипты ( Testis Transcript Y1 и Testis Transcript Y2) [33].
Трансляция этих транскриптов еще не подтверждена и функция белков, кодируемых
этими генами, пока не известна. Кроме того, в AZFc-субрегионе обнаружены копии
генов RBM, CDY и других. Ампликонная структура AZFc приводит к образованию
микроделеций различного размера, что и объясняет полиморфизм клинические
проявлений, от азооспермии до олигозооспермии, иногда с полным сохранением
фертильности [34].
В целом микроделеции Y-хромосомы, захватывающие локус AZF, удается
обнаружить у 10-15% мужчин с азооспермией и у 5-10% мужчин с
олигозооспермией тяжелой степени [35]. Однако, процент выявления отличается
между популяциями [36].
В последнее десятилетие, многие исследователи описали микроделеции в
качестве основных причин мужского бесплодия и генетическое тестирование
микроделеций, является неотъемлемой частью диагностики мужского бесплодия
[37].
Аутосомно-генные мутации и полиморфизмы
Мутационные изменения в аутосомных генах являются этиологическим
фактором мужского бесплодия и, как правило, ассоциированы с нарушением
сперматогенеза или патологией семявыводящей системы мужчин [38].
Наиболее изученным и часто являющийся причиной мужского бесплодия
является ген CFTR (cystic fibrosis transmembrane regulator – трансмембранный
регулятор муковисцидоза). Мутации в CFTR гене являются причиной развития
врожденного двустороннего отсутствие семявыносящего протока (ВДОСП) в 60-
90% случаев [39]. ВДОСП обнаружен у 2% мужчин с азооспермией,
наблюдающихся в клинике Эдинбурга [40]. В различных странах доля таких
№№1-4(69-72), қаңтар-сәуір, январь-апрель, January-April, 2015 ISSN 2307-0188
Ġylym ža̋ne bìlìm ġasyry – Vek nauki i obrazovaniâ – Science and education century
___________________________________________________________________
11
мужчин среди больных с азооспермией варьирует. Азоспермия является причиной
мужского бесплодия в среднем в 20% случаев [41]. В исследовании Foresta С. с
соавторами, было выявлено, что 95 % больных кистозным фиброзом мужчин
бесплодны, по причине обструктивной азооспермии [42].
Спектр мутаций в CFTR гене изучался во многих развитых странах. Результаты
исследований говорят о том, что чем больше объем и число анализируемых мутаций,
тем выше процент мужчин, у которых эти мутации обнаруживаются. Спектры
мутаций и полиморфизмов гена CFTR обладают выраженной популяционной
специфичностью, являясь отражением генетических процессов, формирующих
популяции.
Для ряда Европейских стран хорошо изучен спектр мутаций при муковисцидозе
(CF) и ВДОСП. Так, у народов Западной Европы и Северной Америки наиболее
распространенной мутацией гена CFTR является делеция 3-х нуклеотидов 10 экзона,
приводящая к утрате фенилаланина в 508-м положении белка CFTR (delF508).
Данная мутация встречается у одной четверти пациентов с ВДОСП в Европейском
регионе [43]. Однако, спектр и распределение и частота мутаций в CFTR гене может
варьировать от географического распределения и этнической принадлежности.
Например, при исследовании 73 пациентов с ВДОСП в Китае мутации ΔF508 and
R117H не были выявлены, при этом девять мутаций были описаны впервые [44].
Причиной развития ВДОСП-фенотипа могут быть не только мутации белок
кодирующей части гена, но и наличие определенных аллельных вариантов в
интронных частях гена. Так полиморфизм 8 интрона гена CFTR с аллелями 5Т
(IVS8-5T) встречается в более чем в 25% случаев у пациентов с ВДОСП
самостоятельно или в компаунде с другими мутациями практически во всех
изучаемых популяциях [45]. Данный аллельный вариант приводит к образованию
альтернативного сайта сплайсинга, ведущего к появлению аномальных транскриптов
гена, не имеющих 9-го экзона. В результате продукция нормального белка может
составлять менее 10%, поэтому данный аллельный вариант можно отнести к разряду
«мягких» мутаций.
Значительное различие спектров CFTR мутаций и частоты ВДОСП вносит
объективные сложности в разработку протоколов проведения ДНК-диагностики и
генетического консультирования среди населения, относящегося к разным
этническим группам и проживающего в разных регионах. Поэтому очень важно
выяснить частоту и спектр мутаций в Казахстане. Ранее исследования связанные с
изучением частоты и причин ВДОСП в казахстанских популяциях не проводились.
Учитывая факт, что в CFTR гене насчитывается приблизительно 1500 мутаций
(http://www.genet.sickkids.on.ca/cftr/) единственным методом их выявления является
полное секвенирование кодирующее и регулирующей частей.
Генетическое тестирование мужчин с ВДОСП стало стандартной процедурой
во многих странах мира. Кроме того по рекомендациям Европейской ассоциации
урологов если у мужчины выявлены структурные аномалии семявыносящего
протока (билатеральное отсутствие семявыносящего протока, унилатеральное
отсутствие семявыносящего протока), важно исключить наличие у партнерши
мутаций гена, вызывающего муковисцидоз (CFTR). В тех случаях, когда женщина
является гетерозиготным носителем, шанс рождения ребенка с муковисцидозом
составляет 50%. Подтверждение развития ВДОСП генетическими факторами
позволяет
паре
рассчитывать
на
положительный
результат
интрацитоплазматической инъекции сперматозоида (ICSI).
В настоящее время выявлена ассоциация мужского бесплодия с другими
аутосомными генами.
№№1-4(69-72), қаңтар-сәуір, январь-апрель, January-April, 2015 ISSN 2307-0188
Ġylym ža̋ne bìlìm ġasyry – Vek nauki i obrazovaniâ – Science and education century
___________________________________________________________________
12
Примером является ген глобулина, связывающий половые гормоны ( SHBG),
локализован на хромосоме 17, участвует в транспорте гормонов к органам-
мишеням, и контролирует концентрацию андрогенов в яичках, тем самым влияя на
сперматогенез. Андрогены играют важную роль в половой дифференциации и
сперматогенезе, нарушение их уровня может снизить фертильность [46].
Nuti F, Krausz C. обнаружили связь между аномальным сперматогенезом и
недостаточной выработкой эстрогенов, вследствие мутаций генов ESR. Ген ESR1,
расположенный на хромосоме 6, имеет несколько различных полиморфизмов,
связанных с тяжелой олигозооспермией и мужским фактором бесплодия [47].
Ген рецептора фолликулостимулирующего гормона ( FSHR) также участвует в
сперматогенезе. Исследования показали, что частичное удаление гена FSHR имело
воздействие на сперматогенез [48].
Ген MTHFR (метилентетрагидрофолатредуктазы), кодирует фермент,
участвующий в метаболизме фолиевой кислоты, является решающим фактором в
метилировании ДНК и сперматогенезе [49]. Полиморфизм 677C/T приводит к
замене аланина на валин, что снижает активность фермента.
Мутации в гене INSL3 и его рецептора LGR8 были связаны с крипторхизмом –
наиболее частая врожденная аномалия развития половых органов у мужчин [50].
Эти мутации выявлены примерно у 5% мужчин с крипторхизм. Кроме того, первый
этап нормального опущения яичек управляется INSL3 геном.
Заключение
Несмотря на прорыв в молекулярной медицине, до сих пор проблема
бесплодных браков актуальна и достаточно не изучена. Стандарты помощи
бездетным парам с мужским фактором бесплодия, основаны на тестикулярной
биопсии и прямым ведением сперматозоидов ICSI и PICSI не всегда результативны.
Остаются множество не решенных задач по ранней диагностике и прогнозирование
бесплодия. Около 50% случаев остаются без выясненных причин, которые могут
быть ассоциированы именно с генетикой человека. Современные технологии
позволяющие расшифровывать полные геномы в ближайшем будущем расширят
наше понимание о генетики бесплодия. При этом полномасштабные исследование
необходимо проводить во всех странах мира, так как популяционные изменения не
позволяют выработать единые диагностические процедуры.
Финансирование
Работа выполнялась в рамках проекта «Разработка тест-системы для выявления
микроделеций локуса AZF Y хромосомы» в рамках реализации государственного
заказа по бюджетной программе «Промышленные биотехнологии».
Литература
1 The International Committee for Monitoring Assisted Reproductive Technology
(ICMART) and the World Health Organization (WHO) Revised Glossary on ART
Terminology, 2009.
2 World Health Organization. WHO Manual for the Standardised Investigation and
Diagnosis of the Infertile Couple. Cambridge // Cambridge University Press, 2000.
3 Н.Г. Ципурия. Эндо-экзогенные этиологические факторы женского
бесплодия // Вестник КРСУ. – 2014. – Том 14. – №4. – С. 161.
4 Sanocka D, Kurpisz M. Infertility in Poland–present status, reasons and prognosis
as a reflection of Central and Eastern Europe problems with reproduction // Med Sci
Monit. – 2003. – Vol 9. – P. 16–20.
5
http://tengrinews.kz/kazakhstan_news/v-kazahstane-u-30-protsentov-mujchin-
vyiyavleno-besplodie-198870/.
№№1-4(69-72), қаңтар-сәуір, январь-апрель, January-April, 2015 ISSN 2307-0188
Ġylym ža̋ne bìlìm ġasyry – Vek nauki i obrazovaniâ – Science and education century
___________________________________________________________________
13
6 http://newskaz.ru/society/20131023/5697891.html.
7 Collet M., et al. Infertility in Central Africa: infection is the cause // Int J Gynaecol
Obstet. – 1988. – Vol. 26. – P.423.
8 Nieschlag E, Behre HM. Male reproductive health and dysfunction // Androl. – vol.
5. – P.83–87.
9 P.B. Marshburn, W.H. Kutteh. The role of antisperm antibodies in infertility //
Fertil. Steril. – 1994. – Vol. 61. – P. 799–811.
10 A. Calogero et al Cigarette smoke extract immobilizes human spermatozoa and
induces sperm apoptosis // Reprod. Biomed. – 2009. – Vol. 19 (4). – P. 564-571.
11 Ворсанова С.Г., Шаронин В.О., Курило Л.Ф. Аномалии половых хромосом
при нарушении репродуктивной функции у мужчин // Пробл. репрод. – 1998. – №2. –
С. 12-21.
12 LahnВ.Т., Page D. Functional coherence of the human chromosome Y // Science.
– 1998. – P. 675-680.
13 Черных В.Б., Курило Л.Ф., Гоголевская И.К. и др. Комплексное клинико-
генетическое обследование пациентов с азооспермией или олигозооспермией
неясной этиологии // Пробл. репрод. – 2001. – №7(3) . – С. 58-63.
14 Сухих, Г.Т. Мужское бесплодие. Новейшее руководство для урологов и
гинекологов: монография. – М.: Эксмо. – 2009. – С. 240.
15 Scriven PN, Flinter FA, Braude PR, Ogivie CM. Robertsonian translocations-
reproductive risks and indications for preimplantation genetic diagnosis // Hum Reprod.
2001. – Vol. 16. – P. 2267–2273.
16 Frederick W Luthardt, Elisabeth Keitges Chromosomal Syndromes and Genetic
Disease // Encyclopedia of Life Sciences. – 2001.
17 Mau-Holzmann UA. Somatic chromosomal abnormalities in infertile men and
women // Cytogenet Genome Res. – 2005. – Vol. 111. – P. 317–36.
18 Dohle GR, et al. Genetic risk factors in infertile men with severe oligozoospermia
and azoospermia // Hum Reprod. – 2002. – 17. – P. 13.
19 Shi Y.C., Cui Y.X., Wei L. et al. AZF microdeletions on the Y chromosome in
infertile Chinese men: a five-year retrospective analysis. – 2010. – №16. – P. 9.
20 Курило Л.Ф., Сорокина Т.М., Черных В.Б. и др. Структура генетически
обусловленных заболеваний органов репродуктивной системы. Андрология и
генитальная хирургия. – 2011. – №3. – P. 17-26.
21 Tiepolo, L. Localization of factors controlling spermatogenesis in the
nonfluorescent portion of the human Y chromosome long arm // Hum. Genet. – 1976. –
Vol. 34 (2). – P. 119–124.
22 McLachlan RI, O’Bryan MK (2010). Clinical review: state of the art for genetic
testing of infertile men // J ClinEndocrinol Metab. – 95. – P. 1013–1024.
23 Lanfranco F, Kamischke A, Zitzmann M, Nieschlag E. Klinefelter’s syndrome //
Lancet. 2004. – Vol. 364.– P. 273–83.
24 Ichioka K. Еt al Adult onset of declining spermatogenesis in a man with
nonmosaic Klinefelter’s syndrome // FertilSteril. – 2006. – 85(5). – P. 1511.1–2.
25 Baccetti B. Еt al Ultrastructural studies of spermatozoa from infertile males with
Robertsonian translocations and 18, X, Y aneuploidies // Hum Reprod. – 2005. – №20(8).
– P. 2295–2300.
26 J. Hanna, W. P. Johnston, N. C. Nevin Down syndrome associated with a familial
14/21 translocation // Ulster Med. – 1981. – №5. – P. 95-98.
27 Тавокина Л.В. Мужское бесплодие. Генетические аспекты / Л.В. Тавокина //
Почки. – 2014. – №2. – С. 9-13.
№№1-4(69-72), қаңтар-сәуір, январь-апрель, January-April, 2015 ISSN 2307-0188
Ġylym ža̋ne bìlìm ġasyry – Vek nauki i obrazovaniâ – Science and education century
___________________________________________________________________
14
28 Carrell DT , de Jonge C , Lamb DJ . The genetics of male infertility: a field of study
whose time is now . Arch Androl. – 2006. – №52. – P. 269 –274.
29 Y chromosome and male infertility: update, 2006. Krausz C, Degl'Innocenti S.
Front Biosci. 2006. – Vol. 11– P. 3049-3061.
30 Tiepolo L., Zuffardi O. Localization of factors controlling spermatogenesis in the
non fluorescent portion of the human Y chromosome long arm // Hum. Genet. – 1976. –
Vol. 34. – P. 119-124.
31 Brown GM et al. Characterisation of the coding sequence and fine mapping of the
human DFFRY gene and comparative expression analysis and mapping to the Sxrb interval
of the mouse Y chromosome of the Dffry gene // Hum Mol Genet. – 1998. – №7. – P. 97–
107.
32 Vogt PH. Azoospermia factor (AZF) in Yq11: towards a molecular understanding
of its function for human male fertility and spermatogenesis // Reprod Biomed. – 2005. –
№10. – P. 81–93.
33 Ferlin A, Moro E, Rossi A, Dallapiccola B, Foresta C. The human Y
chromosome’s azoospermia factor b (AZFb) region: sequence, structure, and deletion
analysis in infertile men // J Med Genet 2003. – №40. – P. 18–24.
34 Vogt PH. Human chromosome deletions in Yq11, AZF candidate genes and male
infertility: history and update // Mol Hum Reprod. – 1998. – 4. – 739–44.
35 Lahn BT, Page DC. Four evolutionary strata on the human X chromosome //
Science. – 1999. – №286. – P. 964-967.
36 Bateson P, et al. Developmental plasticity and human health // Nature 2004. –
№430. – P. 419–421.
37 Radpour R, Gourabi H, Gilani MA, Dizaj AV. Molecular study of (TG)m(T)n
polymorphisms in Iranian males with congenital bilateral absence of the vas deferens // J
Androl. – 2007. – Vol. 28. – 541–547.
38 Nuti F, Krausz C. Gene polymorphisms/mutations relevant to abnormal
spermatogenesis // Reprod Biomed. – 2008. – Vol. 16. – P. 504–513.
39 Maglott D, Ostell J, Pruitt KD, Tatusova T. Entrez Gene: gene-centered
information at NCBI // Nucleic Acids Res. – 2005. – Vol. 33. – P. 54–58.
40 Kelly, T.L.et al (2005). Infertility in 5, 10-methylenetetrahydrofolate reductase
(MTHFR) – deficient male mice is partially alleviated by lifetime dietary betaine
supplementation // Biol. Reprod. – №7. – P. 667-677.
41 Kim RJ, Becker RC. Association between factor V Leiden, prothrombin
G20210A, and methylenetetrahydrofolatereductase C677T mutations and events of the
arterial circulatory system: a meta-analysis of published studies // Am Heart J. – 2003. –
Vol. 146. – P. 948-957.
42 Elert A., et al.The familial undescended testis // Clin pediatric – 2003. – Vol.
215.– P. 40–45.
43 Riordan JR, et al Identification of the cystic fibrosis gene: cloning and
characterization of complementary DNA // Science. – 1989 . – Vol. 8. – P. 1066-1073.
44 Foresta С. et al. High-frequency of well-defined Y-chromosome deletions in
idiopathic Sertolli cell-only syndrome // Hum Reprod. – 1998. – Vol. 13. – P. 302–308.
45 Wang PJ, et al. An abundance of X-linked genes expressed in spermatogonia //
Nat Genet. – 2001. – №27. – P. 422–426.
46 De Gendt K, et al. A Sertoli cell – selective knockout of the androgen receptor
causes spermatogenic arrest in meiosis // ProcNatlAcadSci USA. – 2004. – Vol 101. – P.
1327–32.
47 Bhagavath B, Layman LC. The genetics of hypogonadotropic hypogonadism //
Semin Reprod Med. – 2007. – P. 25272–86.
№№1-4(69-72), қаңтар-сәуір, январь-апрель, January-April, 2015 ISSN 2307-0188
Ġylym ža̋ne bìlìm ġasyry – Vek nauki i obrazovaniâ – Science and education century
___________________________________________________________________
15
48 T. Meitinger, et al. Definitive Localization of X-linked Kallman Syndrome
(Hypogonadotropic Hypogonadism and Anosmia) to Xp22.3:Close Linkage to the
Hypervariable Repeat Sequence CRI-S232 // J. Hum. Genet. – 1999. – Vol. 47. – P. 664-
669.
49 Evans NA. Current concepts in anabolic – androgenic steroids // Am J Sports
Med. – 2004. – Vol. 32. – P. 534–542.
50 Kim RJ, Becker RC. Association between factor V Leiden, prothrombin
G20210A, and methylenetetrahydrofolate reductase C677T mutations and events of the
arterial circulatory system: a meta-analysis of published studies // Am Heart J. – 2003. –
Vol. 6. – №146. – P. 948-957.
Түйін
ЕРЛЕР АРАСЫНДАҒЫ БЕДЕУЛІКТІҢ ГЕНЕТИКАЛЫҚ ФАКТОРЛАРЫ
Г.Д. ӘБІШЕВА, О.А. ПОПОВА, A.Б. ШЕВЦОВ,
РМК «Ұлттық биотехнология орталығы», Уәлиханов көшесі, 13/1, Астана қ.,
010000, Қазақстан
gulzadaabish@gmail.com
Бедеулік әлемнің көптеген елдерінде өзекті медициналық және әлеуметтік-
демографиялық мәселе болып келеді. Медицина ғылымының жетістіктеріне
қарамастан, 50 млн-ға жуық отбасында бала жоқ. Бедеулік себептері әлі де толық
зерттелмеген. Шамамен 50% жағдайларда бедеуліктің себебі анықталмайды, яғни
олар идиопатикалық боп саналады. Көптеген ғалымдар бұл жағдайлардың
этиологиялық себебінің генетикалық негізі бар деген тұжырымға бет бұрады.
Осы мақалада генетикалық факторлардың еркектік бедеулікке қатысын
көрсететін заманауи пікір келтірілген. Хромосомдық және гендік өзгерістерге
негізделген генетикалық факторлардың әдебиет шолуы келтірілген.
Кілт сөздер: AZF, азооспермия, мужское бесплодие, Y хромосома, делеции,
хромосомные аномалии, сперматогенез.
Достарыңызбен бөлісу: |