CC BY
85
Гены несиндромальных форм азооспермии и олигозооспермии тяжелой степени
О.А. Соловова1, В.Б. Черных1, 2
ФГБНУ«Медико-генетический научный центр»; Россия, 115522 Москва, ул. Москворечье, 1; 2ФГБОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова» Минздрава России;
Россия, 117437Москва, ул. Островитянова, 1
Контакты: Ольга Александровна Соловова [email protected]
Сперматогенез — сложный биологический процесс дифференцировки и созревания мужских половых клеток, в который у человека вовлечено более 2300 генов. До недавнего времени изучалась роль лишь малой части этих генов в развитии пато-зооспермии и мужского бесплодия, но в последние годы использование технологий анализа генома, таких как секвенирование экзома и хромосомный микроматричный анализ, позволило существенно расширить возможности исследований, предметом которых стали многие гены и локусы генома, генные мутации и полиморфизмы, вариации числа копий, приводящие к различным генетическим синдромам и заболеваниям, в том числе к мужскому и женскому бесплодию. В данной статье описан ряд генов, которые связаны с развитием несиндромальных форм мужского бесплодия с азооспермией и олигозооспер-мией тяжелой степени.
Ключевые слова: мужское бесплодие, генные мутации, азооспермия, олигозооспермия, сперматогенез, мужские половые клетки, мейоз
Для цитирования: Соловова О.А., Черных В.Б. Гены несиндромальных форм азооспермии и олигозооспермии тяжелой степени. Андрология и генитальная хирургия 2019;20(2):16—28.
DOI: 10.17650/2070-9781-2019-20-2-16-28
Е
и
Genetic causes of nonsyndromic forms of azoospermia and severe oligozoospermia in infertility men
O.A. Solovova1, V.B. Chernykh1,2
1Research Centre for Medical Genetics; 1 Moskvorechie St., Moscow 115522, Russian Federation; 2Pirogov Russian National Research Medical University; 1 Ostrovityanova St., Moscow 117437, Russian Federation
Spermatogenesis is a complex biological process of male germ cells differentiation and maturation involving more than 2300 genes in the human. Until recently, only a small part of them was investigated in severe pathozoospermia and male infertility. During the last years clinical utilisation of genomic data obtained by technologies, such as whole exome sequencing and array comparative genomic hybridization, has significantly expanded the opportunities of genomic and cytogenomic analysis, the detecting of multiple pathogenic mutations/variants and copy number variations related to different genetic syndromes and inherited disorders, including male and female infertility. This review provides an update on the genetics of male infertility, presenting a number of genes which related to non-syndromal male infertility as-sotiated with azoospermia and severe oligozoospermia.
Key words: male infertility, gene mutations, azoospermia, oligozoospermia, spermatogenesis, male germ cells, meiosis
For citation: Solovova O.A., Chernykh V.B. Genetic causes of nonsyndromic forms of azoospermia and severe oligozoospermia in infertility men. Andrologiya i genital'naya khirurgiya = Andrology and Genital Surgery 2019;20(2):16—28.
Введение ологическом обследовании обнаруживают изменения
Нарушение фертильности диагностируют в сред- показателей эякулята, т. е. «мужской фактор». Обшир-
нем у 7 % мужчин в популяции. В значительной мере ная группа нарушений репродукции может быть вы-
фертильность мужчин определяется состоянием спер- звана различными причинами: генетическими, неге-
матогенеза, количествеными и качественными пока- нетическими или их сочетанием (многофакторное
зателями семенной жидкости. Примерно у 50—60 % нарушение). Известно, что генетические факторы
мужчин из супружеских пар с бесплодием при сперми- выявляются примерно в 30—50 % всех случаев тяжелых
форм патозооспермии, таких как азооспермия, олиго-зооспермия тяжелой степени и тотальная (абсолютная) астено- или тератозооспермия.
Сперматогенез — сложный биологический процесс дифференцировки и созревания мужских половых клеток, который зависит от строго контролируемого каскада активации и деактивации определенных генов. У человека в этот процесс вовлечено более 2300 генов, что обусловливает выраженную генетическую гетерогенность многих форм мужского бесплодия [1]. Результатом действия различных генетических и негенетических факторов становятся разные по степени тяжести нарушения фертильности у мужчин: от «мягких» форм патозооспермии, умеренно выраженных нарушений различных стадий сперматогенеза или спермиогенеза до полного угнетения сперматогенеза, т. е. отсутствия герминогенного эпителия в извитых семенных канальцах — синдрома наличия только клеток Сертоли. Азооспермия и олигозооспермия тяжелой степени могут быть связаны, помимо нарушений сперматогенеза, с нарушением проходимости семявыносящих путей на разных уровнях, что также вызвано аномалиями их развития, генетическими заболеваниями (муковис-цидозом, синдромами CBAVD и CUAVD, rangent bilateral/unilateral aplasia of the vas deferens) или негенетическими факторами, например воспалительными процессами в половых путях или перенесенной вазэк-томией.
Такие тяжелые формы патозооспермии, как азооспермия, криптозооспермия и выраженная олигозоо-спермия, очень часто являются следствием генетических нарушений, и генные мутации могут приводить как к синдромальным, так и к несиндромальным их формам. Синдромальные формы патозооспермии имеют характерный фенотип, при этом бесплодие и признаки нарушения функции репродуктивной системы в клинической картине могут выступать на первый план или быть второстепенными. Их диагностика может быть основана на данных клинического обследования, но медико-генетическое обследование необходимо как для выявления причины патозооспермии, дифференциальной диагностики форм мужского бесплодия, подтверждения/верификации диагноза, так и для оценки возможности репродукции (с помощью вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ)), прогноза ее успешности и определения генетических рисков у потомства (при использовании собственных гамет).
При специфических фенотипах, ассоциированных с мужским бесплодием, постановка диагноза зачастую не представляет особой сложности, например, при синдромах Кальмана, Картагенера, муковисцидозе, мышечных дистрофиях, болезни Кеннеди и других генетических заболеваниях, имеющих характерные экстрагенитальные признаки. Однако генетическая
диагностика многих синдромальных форм мужского бесплодия затруднена из-за их выраженной гетерогенности вследствие различных генетических нарушений (хромосомных аномалий, микроструктурных перестроек и генных мутаций): к развитию заболевания (например, синдрома первичной цилиарной дискинезии, гипогонадотропного гипогонадизма) могут привести патологические варианты нескольких генов, а иногда и нескольких десятков. Кроме того, следует учитывать, что в геноме человека присутствуют гены, мутации в которых могут приводить как к синдромальным, так и несиндромальным формам мужского бесплодия, например SF1, AR.
Наиболее часто мужское бесплодие, связанное с азооспермией и олигозооспермией, обусловлено синдромом Клайнфельтера, микроделециями Y-хромосо-мы и мутациями гена муковисцидоза (CFTR) [2]. В настоящее время лабораторно-генетическое обследование мужчин с азооспермией и олигозооспермией тяжелой степени включает стандартное цитогенетическое исследование (определение кариотипа с использованием лимфоцитов периферической крови), выявление ми-кроделеций Y-хромосомы в локусе AZF методом по-лимеразной цепной реакции, выявление мутаций в гене CFTR и наличия аллели 5Т. Часто к этим методам добавляют определение количества CAG-повторов в экзоне 1 гена AR [2]. Несиндромальные варианты азооспермии и олигозооспермии могут быть вызваны несбалансированными аномалиями гоносом и сбалансированными аномалиями хромосом (транслокациями, инверсиями), поэтому цитогенетический анализ карио-типа обязателен при данных формах патозооспермии. Самой же частой генетической причиной несиндро-мальной необструктивной азооспермии и олигозоо-спермии тяжелой степени являются делеции и микро-делеции длинного плеча Y-хромосомы, которые захватывают AZFс-регион [2].
В отличие от описанных выше генетических факторов мужского бесплодия, частота мутаций отдельных генов при несиндромальных формах мужского бесплодия тяжелой степени практически не изучена. В настоящее время возможно использование технологий анализа генома — полноэкзомного секвенирования и хромосомного микроматричного анализа для детекции патологических вариантов генов и вариаций числа копий (copy number variations). Следует отметить, что в исследованиях показана ассоциация патозооспермии и нарушения мужской фертильности с определенными аллелями — различными генными полиморфизмами и вариациями числа копий, однако их наличие считается предрасполагающим фактором (причем не для всех популяций/выборок), а не причиной развития данных нарушений [2].
При выявлении и изучении генов, которые связаны или могут быть связаны с мужским бесплодием,
Е га Е
и
большую роль играют эксперименты на лабораторных животных, в частности мышах. Однако ввиду значительных генетических, биологических и других различий между человеком и животными прямая экстраполяция выводов, полученных из опытов на лабораторных животных, невозможна. Многие из генов, мутации
которых нарушают фертильность мышей, остаются кандидатами для дальнейшего изучения бесплодия у человека.
В статье рассмотрены данные о ряде генов, которые связаны с несиндромальными формами азооспермии и олигозооспермии (см. таблицу).
Гены, мутации в которых приводят к мужскому бесплодию вследствие необструктивной азооспермии или олигозооспермии тяжелой степени Genes mutations in which lead to male infertility due to nonobstructive azoospermia or severe oligospermia
E ra E
u
1S
Ген Локус Gene Locus Функция Function ТИп наследования
TEX15 8p12 Синапсис гомологичных хромосом, мейотическая рекомбинация Homologous chromosome synapsis, meiotic recombination Аутосомно-рецессивный Autosomal recessive
SYCE1 1Gq26.13 Формирование центрального элемента СК, синапсис гомологичных хромосом Formation of the central element of the SC, homologous chromosome synapsis Аутосомно-рецессивный Autosomal recessive
SYCP3 12q23.2 Формирование латеральных элементов СК, синапсис гомологичных хромосом Formation of the lateral elements of the SC, homologous chromosome synapsis Аутосомно-рецессивный Autosomal recessive
SYCP2 2Gq13.33 Формирование продольных и латеральных элементов СК Formation of the lateral elements and transverse filaments of the SC Аутосомно-рецессивный Autosomal recessive
TDRD9 14q32.33 Синапсис гомологичных хромосом Homologous chromosome synapsis Аутосомно-рецессивный Autosomal recessive
MEIOB 16р13.3 Синапсис гомологичных хромосом, мейотическая рекомбинация Homologous chromosome synapsis, meiotic recombination Аутосомно-рецессивный Autosomal recessive
KLHL10 17q21.2 Синхронность созревания сперматид Synchronicity of spermatid maturation Аутосомно-доминантный Autosomal dominant
NANOS1 1Gq26.11 Предотвращение преждевременного вступления ССК в дифференцировку Prevention of early SSC differentiation Аутосомно-доминантный Autosomal dominant
SPINK2 4q12 Ингибирование акрозина; ген необходим для созревания сперматид Inhibition of acrosin, necessary for spermatid maturation Аутосомно-доминантный, аутосом-но-рецессивный Autosomal dominant, autosomal recessive
SPATA17 1q41 Участие в регуляции апоптоза мужских половых клеток Regulation of male sex cell apoptosis Аутосомно-доминантный Autosomal dominant
ZMYND15 17р13.2 Контроль экспрессии генов в незрелых половых клетках Control of gene expression in immature sex cells Аутосомно-рецессивный Autosomal recessive
TAF4B 18q11.2 Регуляция пролиферации и дифференцировки ССК Regulation of SSC proliferation and differentiation Аутосомно-рецессивный Autosomal recessive
TEX14 17q22 Формирование межклеточных мостиков в мужских половых клетках Formation of intercellular bridges in male sex cells Аутосомно-рецессивный Autosomal recessive
SOHLH1 9q34.3 Регуляция пролиферации и дифференцировки ССК Regulation of SSC proliferation and differentiation Аутосомно-доминантный, аутосом-но-рецессивный autosomal dominant, autosomal recessive
Окончание таблицы End of table
Ген Локус Функция ТИп наследования
Locus Function Mode of inheritance
AR Xq11.2-12 Гормональная регуляция сперматогенеза и других андрогензависимых процессов Hormonal regulation of spermatogenesis and other androgen-dependent processes Х-сцепленный рецессивный X-linked recessive
USP26 Xq26.2 Развитие сперматогониев, AR-зависимая регуляция сперматогенеза (клетки Лейдига) Development of spermatogonia, AR-dependent regulation of gene spermatogenesis (Leydig cells) Х-сцепленный рецессивный X-linked recessive
MAGEB4 Хр21.2 Регуляция дифференцировки ССК Regulation of SSC differentiation Х-сцепленный рецессивный X-linked recessive
TEX11 Xq13.1 Репарация ДНК после двухцепочечных разрывов Reparation of DNA after double-stranded breaks Х-сцепленный рецессивный X-linked recessive
DDX3Y Yq11.221 Развитие просперматогониев и сперматогониев Development of prospermatogonia and spermatogonia Y-сцепленный Y-linked
Примечание. СК — синаптонемный комплекс; ССК — сперматогониальные стволовые клетки. Note. SC — synaptonemal complex; SSC — spermatogonial stem cells
Аутосомные гены, связанные с азооспермией и олигозооспермией
По имеющимся данным, около 2 тыс. аутосомных генов связаны с нарушением фертильности мужчин, которое имеет различный (аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный и неменделирующий) тип наследования. Мажорные мутации (частые или относительно частые) нехарактерны для несиндромальных форм азооспермии и олигозооспермии; гены располагаются на разных аутосомах, как правило не имея преимущественной кластеризации [2]. Гены, контролирующие репродуктивную функцию у мужчин, могут регулировать различные этапы формирования пола и развития органов мужской половой системы, спер-мато- и спермиогенеза, в частности миграцию, пролиферацию и апоптоз первичных половых клеток, деление и дифференцировку сперматогониальных клеток, прохождение различных стадий мейоза сперматоцита-ми, созревание сперматид, развитие и функцию других клеток тестикулярной ткани (Сертоли, Лейдига и др.) [2]. Значительное количество случаев мужского бесплодия связано с нарушениями созревания половых клеток, что вызвано блоком сперматогенеза на различных стадиях профазы I мейоза. Мейотические мутации — причина мужского и женского бесплодия, связанного с выраженными нарушениями соответственно сперматогенеза и оогенеза.
Ген TEX15 (testis expressed protein 15 gene, ген белка 15, экспрессирующийся в тестикулах) картирован на хромосоме 8 в локусе p12, содержит 4 экзона и кодирует белок, состоящий из 2789 аминокислотных
остатков, необходимый для синапсиса гомологичных хромосом, мейотической рекомбинации и репарации ДНК после двухцепочечных разрывов. TEX15 экспрес-сируется в мужских половых клетках (сперматогониях и сперматоцитах ранних стадий), также низкая активность отмечена в клетках Сертоли и интерстициальных клетках тестикул [3]. У мужчин с азооспермией и оли-гозооспермией тяжелой степени описаны гомозиготные и компаунд-гетерозиготные мутации в гене TEX15 [4—6]. В семенных канальцах взрослых мужчин с патологическими вариантами (мутациями) в обеих аллелях гена TEX15 обнаружено отсутствие сперматоцитов на стадии пахитены профазы I мейоза и постмейоти-ческих половых клеток, что свидетельствует о блоке сперматогенеза на допахитенных стадиях профазы I мейоза. У самцов мышей мутации в этом гене вызывают уменьшение объема семенников и мейотический блок в средней пахитене профазы I мейоза, при этом у самок мышей с мутациями в обеих аллелях гена фер-тильность сохранена [3].
Ген SYCE1 (synaptonemal complex central element protein 1 gene, ген белка 1 центрального элемента си-наптонемного комплекса) картирован на хромосоме 10 в локусе q26.13, содержит 14 экзонов и кодирует неглобулярный белок, состоящий из 329 аминокислотных остатков. Белок SYCE1 участвует в формировании центрального элемента синаптонемного комплекса (СК), который необходим для синапсиса гомологичных хромосом в профазе I мейоза как в сперматогенезе, так и в оогенезе. Показано, что самцы и самки мышей с мутациями в обеих аллелях гена стерильны. В их
Е га Е
и
Е га Е
и
допахитенных сперматоцитах I порядка и ооцитах I порядка осевые элементы СК располагались между гомологичными хромосомами, но собственно СК формировался. Соответственно, репарация ДНК после двухцепочечных разрывов не могла произойти, что приводило к апоптозу незрелых половых клеток [7]. В результате нарушения формирования СК спер-матоциты не развивались, что приводило к мейотиче-скому блоку сперматогенеза. В литературе описаны гомозиготные мутации в гене SYCE1, обнаруженные у братьев с необструктивной формой азооспермии, также у женщин с аменореей вследствие преждевременной недостаточности яичников [8, 9].
Ген SYCP3 (synaptonemal complex protein 3 gene, ген белка 3 синаптонемного комплекса) картирован на хромосоме 12 в локусе q23.2. Он содержит 9 экзонов и кодирует белок, состоящий из 236 аминокислотных остатков. Белок SYCP3 (вместе с белком SYCP2) необходим для формирования латеральных элементов СК, обеспечивающих синапсис гомологичных хромосом во время профазы I мейоза. SYCP3 локализуется в латеральных элементах СК в сперматоцитах и, в меньшей степени, ооцитах. При мутациях гена SYCP3 латеральные элементы СК могут иметь аномальное строение, что нарушает протекание профазы I мейоза, приводя к блоку сперматогенеза и гибели незрелых половых клеток. Так, самцы мышей, имеющие гетерозиготную мутацию в гене SYCP3, стерильны из-за выраженного апоптоза половых клеток во время профазы I мейоза. В их сперматоцитах отсутствуют латеральные элементы СК, и, соответственно, СК не формируется, что вызывает нарушение конъюгации гомологичных хромосом. Самки мышей с мутацией в одной из аллелей гена в гетерозиготном состоянии сохраняют фертильность [10]. Гетерозиготные мутации в гене SYCP3 описаны у мужчин с необструктивной азооспермией вследствие блока сперматогенеза в профазе I мейоза [11].
Ген SYCP2 (synaptonemal complex protein 2 gene, ген белка 2 синаптонемного комплекса) картирован на хромосоме 20 в локусе q13.33, содержит 47 экзонов и кодирует белок, состоящий из 1530 аминокислотных остатков. Белок SYCP2 локализуется в латеральных элементах СК и также выполняет важную для мейоза функцию. Он необходим для включения белка SYCP3 в структуру СК при формировании его продольных и латеральных элементов [12]. При мутациях гена SYCP2 образуются аномальные латеральные элементы СК, в результате нарушается процесс рекомбинации гомологичных хромосом, что ведет к блоку профазы I мейоза. Самцы мышей с мутациями в обеих аллелях гена стерильны в результате полного мейотического блока. У них не формируются латеральные элементы СК, и, как следствие, СК не формируется, поэтому не происходит конъюгации гомологичных хромосом. При гомозиготных мутациях в гене SYCP2 из-за
дефекта формирования продольных элементов СК возникает полный мейотический блок, сперматоциты не проходят пахитену профазы I мейоза и подвергаются апоптозу. Самки мышей с мутациями в обеих аллелях гена имеют сниженную плодовитость, а самцы и самки мышей с мутацией в одной из аллелей гена в гетерозиготном состоянии сохраняют фертильность [12].
Ген TDRD9 (tudor domain containing protein 9 gene) картирован на хромосоме 14 в локусе q32.33, включает 39 экзонов и кодирует состоящий из 1382 аминокислотных остатков белок, содержащий домен TDRD. Белок TDRD9 контролирует подавление экспрессии ретротранспозона LINE-1, а белки семейства TDRD вовлечены в РНК-интерференцию, взаимодействие малых ядерных РНК с белками PIWI и контроль экспрессии генов в различных органах и тканях, в том числе развивающихся мужских половых клетках. Самцы мышей с мутациями в обеих аллелях гена стерильны, в их сперматоцитах выявлено нарушение синап-сиса хромосом, что приводит к блоку сперматогенеза на стадии зиготены профазы I мейоза. Самки с мутациями в обеих аллелях гена сохраняют фертильность
[13].
При полноэкзомном секвенировании, выполненном у 5 братьев с бесплодием и необструктивной азоо-спермией/криптозооспермией, родители которых состояли в кровнородственном браке, обнаружена делеция 4 нуклеотидов в гене TDRD9 в гомозиготном состоянии — c.720_723delTAGT, приведшая к сдвигу рамки считывания и пропуску экзона 6 [14]. При гистологическом исследовании биоптатов тестикулярной ткани, выполненном у 2 пациентов, выявлен неполный блок сперматогенеза в профазе I мейоза, а в некоторых извитых семенных канальцах — картина, соответствующая синдрому наличия только клеток Сертоли.
Еще одним геном, связанным с мужским бесплодием и нарушением мейоза, является MEIOB (meiosis specific with OB domains gene), который располагается на хромосоме 16 в локусе р13.3 и содержит 15 экзонов. Данный ген кодирует мейозоспецифический хроматин-ассоциированный белок, состоящий из 470 аминокислотных остатков. Он необходим для мейотической рекомбинации и синапсиса: формирования синапсиса гомологичных хромосом, осуществления кроссинго-вера и репарации ДНК после двухцепочечных разрывов во время мейоза [15]. Гомозиготные мутации гена MEIOB приводят к нарушению сперматогенеза.
Самки и самцы мышей с нокаутированным геном MEIOB (гомозиготные по мутациям) стерильны. Их гонады значительно уменьшены в размерах по сравнению с немутантными и гетерозиготными мышами, при этом у самцов выявлена азооспермия вследствие нарушения синапсиса хромосом, что приводит к блоку сперматогенеза в профазе I мейоза. Процессы репарации ДНК
при двухцепочечных разрывах и мейотической рекомбинации гомологичных хромосом также нарушены у мышей с мутациями в обеих аллелях гена [15].
M. Gershoni и соавт. (2017) обследовали 4 братьев с азооспермией, родители которых состояли в кровнородственном браке. Объем яичек у них был в норме, а уровень фолликулостимулирующего гормона значительно повышен. В результате полноэкзомного секве-нирования у каждого обнаружена гомозиготная мутация C.191A-T в ДНК-связывающем домене гена MEIOB. Выявленные мутации не обнаружены у фертильных мужчин [16].
Ген KLHL10 (kelch-like family member 10) картирован на хромосоме 17 в локусе q21.2 и содержит 7 экзо-нов. Кодируемый им белок участвует в убиквитиниро-вании и деградации белков под действием протеасом. Ген экспрессируется только в незрелых мужских половых клетках и обнаружен в цитоплазме удлиняющихся и удлиненных сперматид. Гетерозиготные мутации KLHL10 вызывают нарушение созревания мужских половых клеток, приводя к олигозооспермии. У стерильных самцов с мутациями в обеих аллелях гена выявлено нарушение спермиогенеза, связанное с асинхронным созреванием сперматид, при этом обнаружены гибель сперматид поздних стадий развития, отслаивание герминативного эпителия (слущивание постмейотических половых клеток), наличие единичных сперматозоидов в просвете извитых семенных канальцев [17]. У мужчин с азооспермией и олигозоо-спермией тяжелой степени описаны внутригенные делеции и точечные мутации в гене KLHL10 в гетерозиготном состоянии [18].
Ген NANOS1 (nanos C2HC-type zinc finger 1) картирован на хромосоме 10 в локусе q26.11. Он включает 1 экзон и кодирует белок NANOS1, состоящий из 292 аминокислотных остатков, который является ключевым регулятором трансляции матричной РНК. Ген экспрессируется в тестикулах в хроматиновых тельцах на стадии округлых сперматид и в яичниках, имея большое значение в образовании и поддержании герминативных стволовых клеток (сперматогониев и оогониев), предотвращая их преждевременное вступление в дифференцировку [19, 20]. Гетерозиготные мутации в гене NANOS1 вызывают нарушение сперматогенеза. K. Kusz-Zamelczyk и соавт. (2013), проведя полноэкзомное секвенирование у 4 мужчин с азооспермией и 1 мужчины с тяжелой олигоастеноте-ратозооспермией (не родственников), выявили гетерозиготную мутацию в гене NANOS1. Из этих пациентов с азооспермией у 2 выполнено гистологическое исследование тестикулярной ткани, по результатам которого выявлен синдром наличия только клеток Сертоли. У женщин с гетерозиготными мутациями в гене NANOS1 фер-тильность сохранена [21].
Ген SPINK2 (serine peptidase inhibitor, Kazal type 2 gene, ген ингибитора сериновой протеазы типа Kazal-2)
картирован на хромосоме 4 в локусе q12, содержит 5 эк-зонов и кодирует белок, состоящий из 84 аминокислотных остатков. Он синтезируется в яичках и их придатках, блокирует продукцию акрозина и снижает активность клеточных протеаз, регулирующих везикулярный транспорт, необходимый для образования акросом [22]. Наибольшая экспрессия гена SPINK2 выявлена в акросо-мальной части округлых сперматид на стадии «шапочки». Его гомозиготные мутации приводят к азооспермии вследствие выраженного нарушения сперматогенеза на стадии дифференцировки сперматид, а гетерозиготные мутации — к олиго- или астенотератозооспермии [22, 23].
Z.E. Kheraff и соавт. (2017) нокаутировали ген SPINK2 у мышей и обнаружили, что самцы при этом становились стерильными, в то время как у самок фер-тильность сохранялась. Размер семенников и соотношение массы семенников и массы тела у мышей с нокаутированным геном были меньше, чем у мышей без мутаций. При гистологическом исследовании извитых семенных канальцев самцов с мутациями в обеих аллелях гена установлено, что отсутствие SPINK2 не влияет на выживаемость сперматогониев, но приводит к нарушению спермиогенеза на стадии округлых сперматид. При электронной микроскопии срезов извитых семенных канальцев выявлены морфологические нарушения в округлых сперматидах: дефект слияния проакросомальных везикул и фрагментация аппарата Гольджи. При этом в округлых сперматидах обнаружены мультивезикулярные тела, которые являются биомаркерами микроаутофагии, однако не обнаружено морфологических признаков апоптоза, свидетельствующих о том, что отсутствие SPINK2 не активирует гибель мужских половых клеток [23].
У 2 братьев с азооспермией с помощью полноэк-зомного секвенирования выявлен патологический вариант (c.56-3C>G) гена SPINK2 в гомозиготном состоянии. Данный вариант располагался на 3 нуклео-тида ранее экзона 2 и влиял на сплайсинг, вызывая пропуск экзона 2 и/или образование преждевременного стоп-кодона. В выборке из 611 мужчин с бесплодием (210 — с азооспермией, 393 — с олигозооспер-мией и 8 — без указания формы патозооспермии) у 1 пациента с олигоастенотератозооспермией выявлена гетерозиготная мутация гена SPINK2. Примечательно, что после 5 лет бесплодия в браке у него родился сын, следовательно, можно предположить, что гетерозиготные мутации гена SPINK2 обусловливают формирование более мягкого фенотипа [23].
Ген SPATA17 (spermatogenesis associated protein 17 gene) картирован на хромосоме 1 в локусе q41, содержит 12 эк-зонов и кодирует белок, состоящий из 361 аминокислотного остатка. Белок SPATA17 синтезируется преимущественно в цитоплазме округлых и удлиненных сперматид. Его уровень постепенно снижается в семенниках у самцов
Е га Е
и
с экспериментальным односторонним крипторхизмом. Отсутствие белка SPATA17 в незрелых мужских половых клетках приводит к развитию синдрома наличия только клеток Сертоли и блоку сперматогенеза в профазе I мей-оза [24].
Ген ZMYND15 (zinc finger MYND-type containing protein 15 gene), картированный на хромосоме 17 в ло-кусе р13.2, содержит 14 экзонов и кодирует белок, состоящий из 742 аминокислотных остатков. Данный белок является гистоновым деацетилазозависимым транскрипционным репрессором, который контролирует экспрессию генов в незрелых мужских половых клетках. У человека наблюдается его тестикулоспеци-фическая экспрессия с более высоким уровнем в спер-матогониях и более низким в сперматоцитах [25].
Гомозиготные мутации в гене ZMYND15 вызывают нарушение сперматогенеза. O. Ayhan и соавт. (2014) обследовали 3 братьев с азооспермией, нормальным мужским кариотипом и отсутствием микроделеций Y-хромосомы. Уровень лютеинизирующего гормона и пролактина был в норме, а уровень фолликулости-мулирующего гормона — значительно повышен. При тестикулярной биопсии у пациентов выявлен блок созревания сперматозоидов на стадии сперматид, при этом в извитых семенных канальцах обнаружены сперматогонии и сперматоциты I и II порядка, малое количество сперматид и отсутствие сперматозоидов в люминальной зоне. При полноэкзомном секвениро-вании у всех 3 пациентов определена гомозиготная делеция 4 нуклеотидов в гене ZMYND15. У их фертиль-ного брата с нормозооспермией также выявлена деле-ция 4 нуклеотидов, но в гетерозиготном состоянии. У мужчин контрольной группы данные мутации отсутствовали [26].
Ген TAF4B (TATA-box binding protein associated factor 4b gene) картирован на хромосоме 18 в локусе q11.2, содержит 18 экзонов и кодирует ТАТА-бокс-связыва-ющий белок, ассоциированный с фактором 4b. TAF4B — белок, специфичный для сперматогониев; он относится к семейству TBP-связывающих белков транскрипционного комплекса TFIID, являющегося основным компонентом РНК-полимеразы II [27]. Функция этих факторов, входящих в состав комплек-Е са TFIID, заключается в распознавании промоторов, п что позволяет им регулировать экспрессию генов Е на уровне транскрипции в клетках различных типов. " У самцов мышей с нокаутированным геном TAF4B
д. в постнатальном периоде значительно уменьшается п количество сперматогониев по сравнению с нормой. = По-видимому, этот дефицит связан с нарушением а их пролиферации, а не с гибелью. Изучение экспрессии „ TAF4B-зависимых генов у мышей с нокаутированным в TAF4B выявило снижение продукции тирозинкиназы в с-Ret — основного рецептора для GDNF в гоноцитах новорожденных мышат, что, вероятно, и является
причиной нарушения процессов самообновления спер-матогониальных стволовых клеток (ССК). Тем не менее снижение экспрессии с-Ret у мышей с мутациями в обеих аллелях гена не ведет к отсутствию половых клеток в извитых семенных канальцах, следовательно, есть и другие регуляторы экспрессии тирозинкиназы в ССК. Наличие TAF4B в гоноцитах в момент их трансформации в ССК необходимо для инициации синтеза специфических белков. По-видимому, ген TAF4B участвует в регуляции спецификации и пролиферации ССК в период наступления полового созревания [27].
O. Ayhan и соавт. (2014) обследовали 4 братьев с нормальным мужским кариотипом (46, XY) без микроде-леций Y-хромосомы, родители которых состояли в кровнородственном браке. У 3 из них диагностирована необструктивная форма азооспермии с гипоплазией тестикул и высоким уровнем фолликулостимулиру-ющего гормона, у 4-го брата выявлена олигозооспермия, но при сохранной фертильности (родился 1 ребенок). При полноэкзомном секвенировании у всех братьев в экзоне 9 гена TAF4B обнаружена гомозиготная нонсенс-мутация — замена c.1831C-T (R611X), которая привела к образованию укороченного белка. Фертильный брат с нормозооспермией был гетерозиготным по данной мутации и имел 9 детей. У 120 фертильных мужчин контрольной группы мутации в гене TAF4B не были выявлены [27].
Ген TEX14 (testis expressed protein 14 gene) картирован на хромосоме 17 в локусе q22, содержит 35 экзонов и кодирует белок, содержащий 2 домена протеинкиназ и состоящий из 1451 аминокислотного остатка. TEX14 синтезируется как в тестикулах, так и в яичниках и локализован в цитоплазматических мостиках, которые соединяют дочерние незрелые половые клетки. Очевидно, что белок TEX14 необходим для формирования цитоплазматических мостиков между мужскими половыми клетками. У самцов с нокаутом обеих аллелей гена TEX14 выявлен блок сперматогенеза после завершения I мейоза. Самки с нокаутированным геном TEX14 сохраняют фертильность, а самцы стерильны, при этом у них наблюдается меньшее количество мостиков между созревающими половыми клетками [28].
У 2 братьев с необструктивной азооспермией, родители которых состоят в кровнородственном браке, методом секвенирования экзома в гене TEX14 обнаружена гомозиготная делеция 10 нуклеотидов (c.2668_2678del), приведшая к образованию преждевременного стоп-кодона и синтезу укороченного белка [29].
Ген SOHLH1 (spermatogenesis and oogenesis specific basic helix-loop-helix 1 gene) картирован на хромосоме 9 в локусе q34.3, содержит 11 экзонов и кодирует белок, состоящий из 1451 аминокислотного остатка. SOHLH1 является членом семейства генов транскрипционных факторов bHLH. У половозрелых мышей его
экспрессия выявлена в ранних сперматогониях и оогониях. Мутации гена SOHLH1 обусловливают блок сперматогенеза на стадии перехода недифференцированных сперматогониев в сперматогонии A1. У мышей с мутацией данного гена из белков, регулирующих пролиферацию и дифференцировку ССК, снижается экспрессия только ngn3 и с-kit. Массовая гибель сперматогониальных клеток при переходе Aal ^ A1 у мышей с мутациями в обеих аллелях гена SOHLH1 может быть связана с нарушением SCF/c-Kit-зависимого блокирования апоптоза [30].
У 2 корейских мужчин с необструктивной азооспермией (не родственников) выявлена гетерозиготная мутация в экзоне 4 гена SOHLH1, нарушающая сплайсинг (c.346-1G-A). Данный генетический вариант не был обнаружен у их родителей и у 159 корейских мужчин с нормозооспермией [31]. Также гетерозиготные сплайсинг-мутации в гене SOHLH1 выявлены у 2 (5 %) из 40 японских мужчин с необструктивной формой азооспермии в ходе молекулярно-генетического анализа 25 генов, связанных с азооспермией [32]. Кроме того, описаны гомозиготные патологические варианты гена SOHLH1, которые вызывают одну из форм ХХ-дисгенезии гонад, что свидетельствует о значимости данного гена и для ранних стадий развития гонад по женскому типу.
Х-сцепленные гены, связанные с азооспермией и олигозооспермией
Предполагают, что на Х-хромосоме располагается около 200 генов, имеющих тестикулоспецифическую экспрессию, необходимых для сперматогенеза и связанных с мужским бесплодием. В норме у мужчин имеется только 1 копия Х-хромосомы, они являются ге-мизиготными по Х-сцепленным генам, поэтому при патологическом варианте гена его функция нарушается. Как и для аутосомных генов, для Х-сцепленных генов нехарактерно наличие мажорных мутаций, которые часто встречались бы у мужчин с тяжелыми формами патозооспермии.
Относительно часто с патозооспермией и мужским бесплодием связаны мутации / варианты гена AR/HUMARA (human androgen receptor gene, ген ан-дрогенного рецептора). Он картирован в локусе Xq12 и кодирует белок AR, который относят к подсемейству 3 семейства ядерных рецепторов, способных непосредственно взаимодействовать с ядерной ДНК и регулировать экспрессию генов [33]. Андрогенные рецепторы продуцируются в клетках тестикул, предстательной железы, кожи, нервной системы и других тканей. При связывании с андрогенами AR активируется в цитоплазме, а затем переносится в ядро клетки, управляя транскрипцией генов-мишеней. Посредством этого андрогены обеспечивают развитие мужских половых признаков и активируют
сперматогенез. Дефекты функции AR вызывают нарушение андрогензависимой гормональной регуляции.
Ген AR содержит 8 экзонов; в экзоне 1 содержатся CAG и GGC — тринуклеотидные повторы, которые кодируют аминокислоты — соответственно полиглу-тамин и полиглицин [33, 34]. Количество повторов может влиять на функциональность рецептора, при этом чем больше повторов, тем менее чувствителен рецептор к андрогенам. Полная мутация в локусе CAG-полиморфизма (более 40 повторов) приводит к развитию спинобульбарной мышечной атрофии (болезни Кеннеди). У мужчин с количеством CAG-повторов >26 повышен риск нарушения фертильности, крипторхиз-ма, олигозооспермии и азооспермии [33, 34].
Описано более 500 различных мутаций в гене AR. Герминативные мутации гена AR вызывают различные наследственные заболевания — синдромы полной и частичной нечувствительности к андрогенам (полная нечувствительность — синдром тестикулярной феминизации, или синдром Морриса, частичная нечувствительность при недостаточной маскулинизации и мужском фенотипе — синдром Рейфенштейна), ги-поспадию, крипторхизм и мужское бесплодие с минимальной нечувствительностью или сохранной чувствительностью к андрогенам [33]. Соматические активирующие мутации гена AR обнаружены при раке предстательной железы, тестикул, печени, гортани и грудной железы.
Для несиндромальных форм мужского бесплодия, связанных с патологическими вариантами гена AR, характерны «мягкие» фенотипы без явных признаков недостаточной маскулинизации. Так, A. Ferlin и соавт. (2006) обследовали 1517 европейских мужчин с азооспермией и олигозооспермией и обнаружили мутации гена AR у 26 (1,7 %) пациентов [35]. В недавнем исследовании с участием 400 китайских мужчин с бесплодием неясного генеза у 8 (2 %) из них выявлены мутации гена AR [36]. Выявленные патологические варианты располагаются в различных участках гена, кодирующих различные домены андрогенного рецептора: 30 % мутаций — трансактивирующий (TAD), 22 % — ДНК-связывающий (DBD), 9 % — шарнирный, 39 % — лигандсвязывающий (LBD) [35].
В регуляцию сперматогенеза вовлечен и другой ген Х-хромосомы — USP26 (ubiquitin specific peptidase 26 gene), состоящий из 1 экзона и картированный в локусе Xq26.2. Кодируемый им белок состоит из 1451 аминокислотного остатка и явлется убиквитинспецифи-ческой пептидазой, которая принадлежит к большому семейству деубиквитинирующих ферментов и продуцируется преимущественно в тестикулярной ткани. При иммуногистохимическом исследовании ткани нормальных яичек человека экспрессия гена USP26 выявлена в ядре и цитоплазме клеток Лейдига, а также
Е га Е
и
Е га Е
и
в сперматогониях ранних стадий. Кроме того, белок USP26 обнаружен в миоэпителиальных клетках молочной железы и секреторных люминальных клетках, в цитоплазме и перинуклеарных областях фолликулярных клеток щитовидной железы [37].
K. Stouffs и соавт. (2005) при обследовании 111 мужчин с синдромом наличия только клеток Сертоли обнаружили у 8 (7,2 %) из них 3 варианта (c.370_371insACA, c.494T>C и c.1423C>T) одной аллели гена USP26 [38]. Но при обследовании 146 пациентов с криптозооспер-мией или олигозооспермией и 202 мужчин контрольной группы данные варианты выявлены только у пациента контрольной группы, имевшего обструктивную форму азооспермии и сохранный сперматогенез (по данным гистологического исследования биопсийного материала тестикулярной ткани). Это свидетельствует о том, что данная аллель не является причиной синдрома наличия только клеток Сертоли [38].
У пациентов с необструктивной формой азооспермии описано более 20 вариантов гена USP26. Среди них миссенс-мутация c.1082 G>A (p. R344W), характеризующаяся блоком сперматогенеза в профазе I мей-оза, ухудшает связывающую способность и деубикви-тинизирующую активность USP26 (в отношении транскрипционной активности андрогенного рецептора) [39].
Ген MAGEB4 (MAGE family member B4) картированный на Х-хромосоме в регионе Хр21.2, состоит из 1 экзона и кодирует белок, входящий в семейство меланомных антигенов В4. Высокий уровень экспрессии MAGEB4 выявлен в дифференцирующихся половых клетках, а низкий — в клетках Сертоли.
При обследовании 3 родных братьев с бесплодием из турецкой семьи, родители которых состояли в кровнородственном браке, в гене MAGEB4 обнаружен патологический вариант с.1041А>Т, обусловивший добавление 24 аминокислотных остатков к С-концу полипептидной цепи [40]. Данный вариант не был обнаружен ни у одного из других 500 мужчин с тяжелыми формами патозооспермии, имеющих разную этническую принадлежность.
У 2 из 3 братьев диагностирована необструктивная форма азооспермии, у 3-го — тяжелая форма олиго-астенотератозооспермии (с концентрацией сперматозоидов 1 млн/мл). У одного из братьев с азооспермией было дважды выполнено гистологическое исследование биоптатов тестикул; в 1-м образце картина соответствовала синдрому наличия только клеток Сертоли, а во 2-м были обнаружены сперматозоиды, которые впоследствии были успешно использованы для интра-цитоплазматической инъекции при экстракорпоральном оплодотворении, после чего у супруги этого пациента родилась здоровая двойня [40].
В развитии необструктивной формы азооспермии участвует еще один ген Х-хромосомы — TEX11 (testis
expressed protein 11 gene). Он картирован в локусе Xq13.1, содержит 36 экзонов и экспрессируется в яичках на стадии поздних сперматоцитов, в округлых и удлиненных сперматидах. Белок TEX11 имеет большое значение для мейотической рекомбинации [41]. У самцов мышей с мутациями в обеих аллелях гена нарушена неспособность ДНК к репарации после двухцепочечных разрывов, что приводит к блоку сперматогенеза на стадии пахитены профазы I мейоза [42].
A.N. Ytsenko и соавт. с помощью молекулярно-ге-нетических методов, в том числе секвенирования, выполнили поиск мутаций в гене TEX11 у 49 мужчин с азооспермией. У 3 из них обнаружены мутации: у 1 — замена c.511A>G (p. M171V), у 2 — внутригенная де-леция a652del237, захватывающая экзоны 10—12 и подтвержденная с помощью высокоразрешающего микроматричного хромосомного анализа. Затем авторы обследовали другую выборку — группу из 240 мужчин с азооспермией, у которых обнаружили еще 4 мис-сенс-мутации: с.1837+Ш>С, с.792+Ю>А, с.450С>Т, c.2092G>A. Всего мутации и внутригенные делеции выявлены у 7 (2,4 %) пациентов; мутации гена TEX11 не обнаружены у 384 мужчин контрольной группы. У 5 пациентов с патологическими вариантами гена TEX11 по данным гистологического исследования би-оптатов тестикул определен блок сперматогенеза в профазе I мейоза, у 2 — смешанная атрофия тестикул [41].
Некоторые другие гены Х-хромосомы также связаны с развитием мужского бесплодия (в том числе с обструктивной и необструктивной азооспермией или олигозооспермией тяжелой степени), но с его син-дромальными формами, например синдромом Кальмана (KAL1/KALIG1, Kallmann syndrome 1 protein gene), Х-сцепленным синдромом двусторонней аплазии се-мявыносящих протоков (ADGRG2, adhesion G proteincoupled receptor G2 gene).
Y-сцепленные гены, связанные с азооспермией и олигозооспермией
Y-хромосома и ее гены играют важную роль в формировании пола по мужскому типу, развитии яичек и сперматогенезе. Они необходимы для дифференци-ровки, развития и функционирования клеток Сертоли, Лейдига и других соматических клеток тестикул, развития мужских половых клеток. Y-сцепленные гены, так же как и Х-сцепленные, в норме присутствуют на одной хромосоме, однако следует отметить, что многие из них представлены в нескольких десятках копий, поэтому мутации или потеря одной или нескольких копий не всегда нарушает функцию данных генов, приводя к мужскому бесплодию.
Ген SRY (sex determining region Y gene) — ключевой Y-сцепленный ген, контролирующий дифференциров-ку гонад. Его делеции или точечные мутации вызывают полную форму дисгенезии гонад (синдром Свайера)
и овотестикулярную форму нарушения формирования пола (истинный гермафродитизм). В крайне редких случаях мозаицизма по Y-хромосоме они также описаны у пациентов с синдромом Шерешевского-Тер-нера. Не выявлены мутации гена SRY, которые бы приводили к несиндромальным формам мужского бесплодия.
Многолетний поиск на Y-хромосоме единственного гена, ответственного за развитие необструктивной азооспермии, существование которого было предположено еще в 1976 г. при открытии локуса AZF, фактически не увенчался успехом. Цитогенетически идентифицируемые аномалии с потерей части длинного плеча Y-хромосомы и различные его микроделеции, захватывающие регионы AZF (a, b, c), приводят к изменению копийности Y-сцепленных генов. В регионе AZFa, полные делеции которого приводят к развитию необструктивной азооспермии, располагаются 2 одно-копийных гена DDX3Y и USP9Y [43].
Ген DDX3Y/DBY(DEAD-box helicase 3 Y-linked gene), картированный в локусе Yq11.221, содержит 17 экзонов и кодирует РНК-геликазу, содержащую бокс DEAD (asp-glu-ala-asp). Белок DDX3Y вовлечен в регуляцию метаболизма РНК в развивающихся мужских половых клетках, контролирует дифферен-цировку просперматогониев и сперматогониев ранних стадий. Ген DDX3Y характеризуется тестикуло-специфической экспрессией и кодирует H-Y-антиген из комплекса антигенов главного комплекса гисто-совместимости II класса, а его гомолог на Х-хромо-соме — DDX3X — экспрессируется в различных тканях и органах, в том числе в мозге, и его мутации являются причиной одной из Х-сцепленных форм умственной отсталости [43].
Делеции региона AZFa, а также делеции и точечные мутации гена DDX3Y приводят к синдрому наличия только клеток Сертоли или выраженному гипосперма-тогенезу и азооспермии [44]. Мутации другого гена данного региона Y-хромосомы — USP9Y/DFFRY (ubiquitin specific peptidase 9 Y-linked gene) — также описаны у пациентов с необструктивной формой азооспермии [45]. Однако впоследствии делеция данного гена была описана у фертильных мужчин, что свидетельствует о том, что его мутации и потеря не приводят к азооспермии [46, 47].
На Y-хромосоме человека присутствует и ряд других генов, вовлеченных в сперматогенез (например, DAZ (deleted in azoospermia gene), TSPY (testis-specific Y-encoded-like protein gene), RBMY (RNA binding motif protein gene, Y-linked), нарушение функции которых может ухудшать сперматогенез, приводя к необструк-тивной азооспермии и олигозооспермии, однако вследствие их многокопийности не описаны их генные варианты, которые бы обусловливали мужское бесплодие.
Подходы к диагностике генетических форм азооспермии и олигозооспермии тяжелой степени
Алгоритм диагностики генетически обусловленных форм мужского бесплодия в значительной мере зависит от фенотипа больного, в частности формы патозооспер-мии, а также результатов генетического обследования. Врачи-негенетики (урологи, андрологи, гинекологи и другие специалисты в области репродуктивной медицины) не владеют информацией о многих генетических заболеваниях, в том числе связанных с нарушением репродукции. Зачастую именно они направляют пациентов на медико-генетическое обследование. Важно отметить, что клинико-генетическое обследование, как и медико-генетическое консультирование, выполняемое только врачом-генетиком, должно быть обязательным, а не назначаться при выявлении генетических нарушений или при сложных клинических случаях нарушений репродукции. Врачу-генетику необходимо тщательно собрать анамнез, включая и генеалогические данные, осмотреть пациента, ознакомиться с результатами лабораторно-инструментального, в том числе генетического (если оно было выполнено), обследования, что поможет определить дальнейшую тактику диагностики.
При наличии азооспермии или выраженной олигозооспермии неясного генеза кроме клинико-генетиче-ского и стандартного цитогенетического исследования (анализа кариотипа) необходимо молекулярно-генети-ческое исследование — поиск микроделеций Y-хромо-сомы и анализ на частые мутации в гене CFTR. Следует помнить, что наличие одной причины бесплодия не исключает наличия другой. В случае синдромальных форм азооспермии и олигозооспермии диагностика может не представлять значительных трудностей. Если клиническая картина соответствует известному моногенному синдрому, возможно проведение молекулярно-генетического анализа соответствующего гена для подтверждения диагноза. Однако из-за выраженной генетической гетерогенности тяжелых форм патозоо-спермии анализ отдельных генов или небольших панелей генов при несиндромальных формах мужского бесплодия имеет низкую эффективность. Далее для поиска генных мутаций и микроструктурных вариантов хромосом по многим локусам рекомендовано геномное исследование (секвенирование экзома и хромосомный микроматричный анализ). Их использование повышает эффективность детекции многочисленных мутаций и вариаций числа копий, которые могут быть связаны с различными нарушениями репродукции и формами патозооспермии [2]. При выявлении генных мутаций желательно их подтверждение с помощью секвениро-вания по Сенгеру или других методов молекулярно-ге-нетического анализа (полимеразной цепной реакции, мультиплексной амплификации лигированных зондов и др.).
Е га Е
и
Среди описанных генетических форм мужского бесплодия отмечены не только спорадические, вызванные мутациями de novo, но и наследуемые, в том числе рецессивные формы. Ввиду этого при обнаружении одной мутации (патологического варианта) в таких случаях необходимо дополнительное таргетное молекулярное исследование другой аллели. Особый интерес вызывают семейные случаи бесплодия. В таких семьях медико-генетическое обследование должно быть углубленным.
Заключение
Несиндромальные формы мужского бесплодия могут быть вызваны различными генетическими нарушениями: хромосомными аномалиями, вариациями числа копий, генными мутациями и эпигенетическими изменениями. Вышеописанные гены, связанные с азооспермией и олигозооспермией, располагаются на разных хромосомах человека, по-разному наследуются, но имеют ряд общих признаков. Для них характерны преимущественная или тестикулоспецифическая экспрессия, главным образом в клетках герминативного
эпителия, влияние на жизнеспособность, пролиферацию, апоптоз и дифференцировку незрелых половых клеток, конъюгацию хромосом, их рекомбинацию во время мейоза, процессы созревания сперматид. Выраженная генетическая гетерогенность и отсутствие специфичных фенотипических маркеров, характерных клинических признаков, а также мажорных мутаций и патологических вариантов у многих тяжелых форм патозооспермии существенно осложняют их молеку-лярно-генетическую диагностику, поэтому применение современных методов геномного анализа позволяет повысить ее эффективность.
В последние годы спектр вспомогательных репродуктивных технологий существенно расширился, и многие супружеские пары с бесплодием, даже с тяжелыми его формами, получили возможность иметь собственных детей. Выявление причин «идиопатиче-ского» бесплодия важно для выбора методов лечения, оценки возможности получения и использования гамет для экстракорпорального оплодотворения, прогноза успешности решения проблем репродукции и планирования мероприятий по дородовой профилактике.
ЛИТЕРАТУРА/REFERENCES
Е га Е
и
1. Hochstenbach R., Hackstein J.H. The comparative genetics of human spermatogenesis: clues from flies and other model organisms. Results Probl Cell Differ 2000;28:271-98.
2. Черных В.Б., Яманди ТА., Сафина Н.Ю. Новые молекулярные технологии в диагностике генетических причин мужского бесплодия. Андрология и гени-тальная хирургия 2017;18(1):10—22. [Chernykh V.B., Yamandi T.A., Safi-
na N.Y. New molecular technologies in genetic diagnosis of male infertility. Andrologiya i genital'naya khirurgiya = Andrology and Genital Surgery 2017;18(1):10—22. (In Russ.)]. DOI: 10.17650/2070-9781-2017-18-110-22.
3. Yang F., Eckardt S., Leu N.A. et al. Mouse TEX15 is essential for DNA double-strand break repair and chromosomal synapsis during male meiosis. J Cell Biol 2008;180(4):673—9. DOI: 10.1083/ jcb.200709057.
4. Okutman O., Muller J., Baert Y. et al. Exome sequencing reveals a nonsense mutation in TEX15 causing spermatogenic failury in a Turkish family. Hum Mol Genet 2015;24(19):5581—8. DOI: 10.1093/ hmg/ddv290.
5. Colombo R., Pontoglio A., Bini M. Two novel TEX15 mutations in a family with nonobstructive azoospermia. Gynecol Obstet Invest 2017;82(3):283—6.
DOI: 10.1159/000468934.
6. Wang X., Jin H.R., Cui Y.Q. et al. Case study of a patient with cryptozoospermia associated with recessive TEX15 nonsense mutation. Asian J Androl 2018;20(1):101-2. DOI: 10.4103/1008-682X.194998.
7. Bolcun-Filas E., Hall E., Speed R. et al. Mutations of the mouse Sycel gene disrupts synapsis and suggests a link between synaptonemal complex structural components and DNA repair. PLoS Genet 2009;5(2):e1000393. DOI: 10.1371/jour-nal.pgen.1000393.
8. De Vries L., Behar D.M., Smirin-Yosef P. et al. Exome sequencing reveals SYCE1 mutation associated with autosomal recessive primary ovarian insufficiency. J Clin Endocrinol Metab 2014;99(10):E2129-32. DOI: 10.1210/jc.2014-1268.
9. Maor-Sagie E., Cinnamon Y., Yaacov B. et al. Deleterious mutation in SYCE1 is associated with non-obstructive azoospermia. J Assist Reprod Genet 2015;32(6):887-91. DOI: 10.1007/s10815-015-0445-y.
10. Yuan L., Liu J.G., Zhao J. et al. The murine SCP3 gene is required for synaptonemal complex assembly, chromosome synapsis, and male fertility. Mol Cell 2000;5(1):73-83.
11. Miyamoto T., Hasuike S., Yogev L. et al. Azoospermia in patients heterozygous for a mutation in SYCP3. Lancet 2003;362(9397):1714-9. DOI: 10.1016/ S0140-6736(03)14845-3.
12. Yang F., De La Fuente R., Leu N.A. et al. Mouse SYCP2 is required for synaptone-
mal complex assembly and chromosomal synapsis during male meiosis. J Cell Biol 2006;173(4):497-507. DOI: 10.1083/ jcb.200603063.
13. Shoji M., Tanaka T., Hosokawa M. et al. The TDRD9-MIWI2 complex is essential for piRNA-mediated retrotransposon silencing in the mouse male germline. Dev Cell 2009;17(6):775-87. DOI: 10.1016/j. devcel.2009.10.012.
14. Arafat M., Har-Vardi I., Harlev A. et al. Mutation in TDRD9 causes non-obstructive azoospermia in infertile men. J Med Genet 2017;54(9):633-9. DOI: 10.1136/ jmedgenet-2017-104514.
15. Souquet B., Abby E., Hervé R. et al. MEIOB targets single-strand DNA and necessary for meiotic recombination. PLoS Genet 2013;9(9):e1003784. DOI: 10.1371/journal.pgen.1003784.
16. Gershoni M., Hauser R., Yogev L. et al. A familial study of azoospermic men identifies three novel causative mutations
in three new human azoospermia genes. Genet Med 2017;19(9):998-1006. DOI: 10.1038/gim.2016.225.
17. Yan W., Ma L., Burns K.H., Matzuk M.M. Haploinsufficiency of kelch-like protein homolog 10 causes infertility in male mice. Proc Natl Acad Sci U S A 2004;101(20):7793-8. DOI: 10.1073/ pnas.0308025101.
18. Yatsenko A.N., Roy A., Chen R. et al. Non-invasive genetic diagnosis of male infertility using spermatozoal RNA:
KLHL10 mutations in Oligozoospermie patients impair homodimerization. Hum Mol Genet 2006;15(23):3411-9. DOI: 10.1093/hmg/ddl417.
19. Julaton V.T., Reijo Pera R.A. NANOS3 function in human germ cell development. Hum Mol Genet 2011;20(11):2238-50. DOI: 10.1093/hmg/ddr114.
20. Wang Z., Lin H. Nanos maintains germline stem cell self-renewal by preventing differentiation. Science 2004;303(5666):2016-9. DOI: 10.1126/ science.1093983.
21. Kusz-Zamelczyk K., Sajek M., Spik A.
et al. Mutations of NANOS1, a human homologue of the Drosophila morphogen, are associated with a lack of germ cells in testis or severe oligo-astheno-teratozoo-spermia. J Med Genet 2013;50(3):187-93. DOI: 10.1136/jmedgenet-2012-101230.
22. Lee B., Park I., Jin S. et al. Impaired sper-matogenesis and fertility in mice carrying a mutation in the Spink2 gene expressed predominantly in testis. J Biol Chem 2011;286(33):29108-17. DOI: 10.1074/ jbc.M111.244905.
23. Kheraff Z.E., Christou-Kent M., Karaouzene T. et al. SPINK2 deficiency causes infertility by inducing sperm defects in heterozygotes and azoospermia in homozygotes. EMBO Mol Med 2017;9(8):1132-49. DOI: 10.15252/ emmm.201607461.
24. Deng Y., Hu L.S., Lu G.X. Expression and identification of a novel apoptosis gene Spata17 (MSRG-11) in mouse sper-matogenic cells. Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai) 2006;38(1):37-45.
25. Yan W., Si Y., Slaymaker S. et al. ZMYND15 encodes a histone deacetylase-dependent transcriptional repressor essential for spermiogenesis and male fertility.
J Biol Chem 2010;285(41):31418-26. DOI: 10.1074/jbc.M110.116418.
26. Ayhan Ö., Balkan M., Guven A. et al. Truncating mutations in TAF4B and ZMYND15 causing recessive azoospermia. J Med Genet 2014;51(4):239-44.
DOI: 10.1136/jmedgenet-2013-102102.
27. Falender A.E., Freiman R.N., Geles K.G. et al. Maintenance of spermatogenesis requires TAF4b, a gonadal-specific subunit of TFIID. Genes Dev 2005;19(7):794-803. DOI: 10.1101/gad.1290105.
28. Greenbaum M.P., Yan W., Wu M.H. et al. TEX14 is essential for intercellular bridges and fertility in male mice. Proc Natl Acad
Sci U S A 2006;103(13):4982-7. DOI: 10.1073/pnas.0505123103.
29. Gershoni M., Hauser R., Yogev L. et al. A familial study of azoospermic men identifies three novel causative mutations
in three human azoospermia genes. Genet Med 2017;19(9):998-1006. DOI: 10.1038/gim.2016.225.
30. Ballow D., Meistrich M.L., Matzuk M., Rajkovic A. Sohlhl is essential for sper-matogonial differentiation. Dev Biol 2006;294(1):161-7. DOI: 10.1016/j.yd-bio.2006.02.027.
31. Choi Y., Jeon S., Choi M. et al. Mutations in SOHLH1 gene associate with nonob-structive azoospermia. Hum Mutat 2010;31(7):788-93. DOI: 10.1002/ humu.21264.
32. Nakamura S., Miyado M., Saito K. et al. Next-generation sequencing for patients with non-obstructive azoospermia: implications for significant roles of monogenic/ oligogenic mutations. Andrology 2017;5(4):824-31. DOI: 10.1111/ andr.12378.
33. Gottlieb B., Beitel L.K., Nadarajah A. et al. The androgen receptor gene mutations database: 2012 update. Hum Mutat 2012;33(5):887-94. DOI: 10.1002/ humu.22046.
34. Davis-Dao C.A., Tuazon E.D., Sokol R.Z., Cortessis V.K. Male infertility and variation in CAG repeat length in the androgen receptor gene: a meta-analysis. J Clin Endocrinol Metab 2007;92(11):4319-26. DOI: 10.1210/jc.2007-1110.
35. Ferlin A., Vinanzi C., Garolla A. et al. Male infertility and androgen receptor gene mutations: clinical features and identification of seven novel mutations. Clin Endocrinol (Oxf) 2006;65(5):606-10. DOI: 10.1111/j.1365-2265.2006.02635.x.
36. Li L., Yang X., Wang R. et al. Androgen receptor gene mutations are associated with male infertility in Northeast China: clinical features and identification of two novel mutations. Andrologia 2018;51(3):e13195. DOI: 10.1111/ and.13195.
37. Wosnitzer M.S., Mielnik A., Dabaja A. et al. Ubiquitin specific protease 26 (USP26) expression analysis in human testicular and extragonadal tissues indicates diverse action of USP26 in cell differentiation and tumorigenesis. PLoS One 2014;9(6):e98638. DOI: 10.1371/journal. pone.0098638.
38. Stouffs K., Lissens W., Tournaye H.
et al. Possible role of USP26 in patients with severely impaired spermatogenesis. Eur J Hum Genet 2005;13(3):336-40. DOI: 10.1038/sj.ejhg.5201335.
39. Ma Q., Li Y., Guo H. et al. A novel missense mutation in USP26 gene is associated with nonobstructive azoospermia. Reprod Sci 2016;23(10):1434-41. DOI: 10.1177/1933719116641758.
40. Okutman O., Muller J., Skory V. et al. A no-stop mutation in MAGEB4 is a possible cause of rare X-linked azoospermia and oligozoospermia in a consanguineous Turkish family. J Assist Reprod Genet 2017;34(5):683-94. DOI: 10.1007/ s10815-017-0900-z.
41. Yatsenko A.N., Georgiadis A.P., Röpke A. et al. X-linked TEX11 mutations, meiotic arrest and azoospermia in infertile men. N Engl J Med 2015;372(22):2097-107. DOI: 10.1056/NEJMoa1406192.
42. Adelman C.A., Petrini J.H. ZIP4H (TEX11) deficiency in the mouse impairs meiotic double strand break repair and the regulation of crossing over. PLoS Genet 2008;4(3):e1000042. DOI: 10.1371/jour-nal.pgen.1000042.
43. Gueler B., Sonne S.B., Zimmer J. et al. AZFa protein DDX3Y is differentially expressed in human male germ cells during development and in testicular tumours: new evidence for phenotypic plasticity
of germ cells. Hum Reprod 2012;27(6):1547-55. DOI: 10.1093/hum-rep/des047.
44. Foresta C., Ferlin A., Moro E. Deletion and expression analysis of AZFa genes on the human Y chromosome revealed a major role for DBY in male infertility. Hum Molec Genet 2000;9(8):1161-9.
45. Sun C., Skaletsky H., Birren B. et al.
An azoospermic man with a de novo point mutation in the Y-chromosomal gene USP9Y. Nat Genet 1999;23(4):429-32. DOI: 10.1038/70539.
46. Luddi A., Margollicci M., Gambera L.
et al. Spermatogenesis in a man with complete deletion of USP9Y. N Engl J Med 2009;360(9):881-5. DOI: 10.1056/NEJ-Moa0806218.
47. Krausz C., Degl'Innocenti S., Nuti F. et al. Natural transmission of USP9Y gene mutations: a new perspective on the role of AZFa genes in male fertility. Hum Mol Genet 2006;15(18):2673-81.
DOI: 10.1093/hmg/ddl198.
E
W
E
u
Вклад авторов
О.А. Соловова: обзор публикаций по теме статьи, написание текста статьи; В.Б. Черных: обзор публикаций по теме статьи, написание текста статьи. Authors' contributions
O.A. Solovova: reviewing of publications of the article's theme, article writing; V.B. Chernykh: reviewing of publications of the article's theme, article writing.
ORCID авторов/ORCID of authors
О.А. Соловова/O.A. Solovova: https://orcid.org/0000-0002-1389-4731 В.Б. Черных/V.B. Chernykh: https://orcid.org/0000-0003-2719-5031
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
Финансирование. Исследование проведено без спонсорской поддержки. Financing. The study was performed without external funding.
E
W
E
u
Статья поступила: 17.12.2018. Принята к публикации: 28.03.2019. Article received: 17.12.2018. Accepted for publication: 28.03.2019.
