مقاله ژنتیکی ناباروری در مردان

بخشی از مقاله

ژنتيکي ناباروري در مردان
چکيده
ناباروري يکي از شايع ترين مشکلات بهداشتي جهان است . اين مشکل حدود ١٥ درصد زوج ها را درگير مي کند. در حدود نيمي از اين موارد يک عامل مردانه دخيل است . سبب شناسي ناباروري در مردان به صورت چند عاملي است و بسياري از عوامل ژنتيکي و محيطي در بروز آن دخيل هستند. عوامل ژنتيکي شامل ناهنجاريهاي کروموزومي و جهش هاي تک ژني مسؤول حدود ١٠ تا ١٥ درصد عوامل در مردان نابارور است . در اين مقاله ما به جنبه ه ي ژنتيکي (ناهنجاري کروموزومي، تک ژني و پليمورفيسم ژن هاي دخيل )، نقش جهش هاي ميتوکندريايي، ارتباط miRNA با ناباروري و گزارش ژن هاي جديد در ناباروري در سال هاي اخير پرداختيم .
واژگان کليدي: ناباروري، اسپرماتوژنز، ناهنجاري کروموزومي، اپيژنتيک

مقدمه
طبق تعريف سازمان جهاني بهداشت ناباروري عدم توانايي زوجين در بارداري بعد از يک سال از آميزش بدون پيش گيري است . ناباروري يکي از شايع ترين مشکلات در جهان است که در حدود ١٥درصد زوج ها ديده ميشود. بسته به جنس عوامل مختلفي ميتواند در بروز ناباروري نقش داشته باشد. اين عوامل در زنان شامل اندومتريوز، مشکلات تخمک گذاري، کيفيت پايين تخمک ، سندرم تخمدان پلي کيستيک و انسداد لوله هاي فالوپ است ، در حالي که در مردان اين عوامل شامل انسداد وازودفران ، مشکلات اسپرم (شمارش کم ، تحرک پايين ، ديس مورفولوژي) و حساسيت به اسپرم (Sperm allergy) است . درصدي از موارد ناباروري را نيز عوامل تعريف نشده (Unexplained infertility) تشکيل مي دهند.
در حدود نيمي از موارد ناباروري يک عامل مردانه دخيل است . حضور عامل مردانه اغلب بر اساس پارامترهاي اسپرم غير طبيعي (آزوسپرمي تا اليگوزوسپرمي) صورت ميگيرد. در کل عوامل ايجاد ناباروري به ٣ شکل هستند: اکتسابي، مادرزادي و عوامل تعريف نشده . عوامل مادرزادي ميتواند يا منشأ ژنتيکي داشته باشند و يا در نتيجه ي ناهنجاري تکويني باشند. با وجود تلاش هاي صورت گرفته در يافتن دقيق طبيعت ناباروري در مردان ، بيشتر مردان مبتلا به ناباروري با منشأ ناشناخته هستند. پيشنهاد شده است که اين ناباروري ميتواند حاصل جهش ها و يا تغييرات ديگر در ژن هاي درگير در اسپرماتوژنز باشد.

١. ناهنجاريهاي کروموزومي
شيوع ناهنجاريهاي کروموزومي در بين مردان عقيم بالاتر است و درجه ي ناهنجاري با شمارش اسپرم نسبت معکوس دارد. بر اساس نتايج منتشرشده شيوع کلي عوامل کروموزومي بين ٢ تا ٨ درصد با ميانگين ٥ درصد است . مقدار آن ميتواند تا ١٥ درصد در مردان آزوسپرمي که بيشتر آن ها مردان XXY هستند، افزايش يابد (١). ناهنجاري کروموزوم Y مانند ريزحذفي عامل مهم موارد آزوسپرمي و موارد شديد اليگوزوسپرمي (کمتر از ٢٠ ميليون اسپرم در ميلي ليتر) ميباشد ( ٣-٢).
آنيوپلوييدي شايع ترين علت ناهنجاري کروموزومي در مردان عقيم است (٤). به خصوص مردان با آزوسپرمي غير انسدادي داراي بروز بالايي از آنيوپلوييدي (٥) به ويژه در کروموزوم هاي جنسي (٦) هستند. اگر چه يک اسپرم آنيوپلوييد داراي مواد ژنتيکي تغيير يافته است ولي گاهي به طور موفق ميتواند تخمک را بارور کند و تعداد نادرست کروموزومي را به زاده ها منتقل نمايند (٧).
سندرم کلاين فلتر و موزاييسم XXY: سندرم کلاين فلتر (Klinefelter syndrome) شايع ترين آنيوپلوييدي کروموزوم جنسي در مردان است ، به طوري که در ٠.١ تا ٠.٢ درصد تولدهاي جديد، رخ ميدهد. شيوع اين سندرم در مردان عقيم بسيار بالا است ، اين شيوع از ٥ درصد در اليگوسپرمي شديد تا ١٠ درصد در موارد آزوسپرمي ديده ميشود. اين سندرم شکلي از نقايص اوليه ي بيضه همراه با هيپرتروفي بيضه و افزايش سطح پلاسمايي گونادوتروپين ها است و شايع ترين علت هيپوگناديسم در مردان است . اگر چه حدس زده ميشود که حدود ٩٠ درصد از موارد غير موزاييک سندرم داراي آزوسپرمي کامل باشند، اما ممکن است در بعضي مردان مبتلا به کلاين فلتر درجاتي از اسپرماتوژنز در توبول هاي Seminiferous موجود باشد (٨). بيماران موزاييک XY,٤٦.XXY,٤٧، درجات مختلفي از توليد اسپرم دارند ولي درصد مردان داراي اسپرم در مايع مني مشخص نيست . بيماران مبتلا با اين سندرم ميتوانند از طريق Intracytoplasmic sperm injection( ICSI) بارداري را تجربه نمايند، اگر چه در اين شرايط خطر داشتن فرزند با ناهنجاري کروموزومي بالا است .(9-10)
يکي ديگر از منابع ايجاد آنيوپلوييدي جابجايي کروموزومي (Chromosomal translocation) ميباشد (١١). جابجاييها ميتوانند منجر به از دست رفتن ماده ي ژنتيکي در محل شکست کروزوم و در نتيجه گسست پيام ژنتيکي شود (٢). جابجايي اتوزومال در مردان عقيم حدود ٤ تا ١٠ برابر بيشتر از مردان طبيعي است (١٣-١٢). جابجايي Robertsonian که در کروموزوم هاي آکروسانتريک روي ميدهد، شايع ترين ناهنجاري ساختاري کروموزومي در انسان است و باروري ١ در هر ١٠٠٠ مرد را متأثر مي کند (١٤، ١)، اگر چه شيوع اين جابجايي تنها ٠.٨ درصد در مردان عقيم است ، اما اين عدد ٩ برابر بيشتر از جمعيت عادي است (١٥). جابجاييها ميتوانند منجر به طيفي از فنوتيپ هاي توليد اسپرم شوند که از توليد طبيعي اسپرم تا ناتواني در توليد اسپرماتوگوني را شامل ميشود (١٦).
٢. کروموزوم Y
کروموزوم Y به دليل داشتن بسياري از ژن هايي که براي اسپرماتوژنز و تکوين گنادها ضروري هستند، مورد توجه بسياري از مطالعات در زمينه ي ناباروري است . ريزحذفي در کروموزوم Y يکي از عوامل مهم در عقيمي مردان است . ريزحذفي به يک حذف کروموزومي گفته ميشود که چندين ژن را شامل شود، اما وسعت حذف به اندازه اي نيست که با تکنيک هاي مرسوم سيتوژنتيک بتوان آن را تشخيص داد (١٧). مطالعات نشان ميدهد که ريزحذفي در مردان با آزوسپرمي و يا اليگوزوسپرمي شديد شايع است (١٨). ريزحذفي بيشتر در بازوي بلند کروموزوم (Yq) روي ميدهد و حذف در اين منطقه به خصوص با نقص در اسپرماتوژنز همراه است (٢٠-١٩). منطقه ي مورد توجه ، منطقه اي به نام منطقه ي Azoospermai factor region( AZF) است که به دليل داشتن ژن هايي که در رشد و تکوين اسپرم ضروري هستند به اين نام معروف است . اين منطقه به ٣ زير منطقه به نام هاي AZFa،AZFb و AZFc طبقه بندي ميشوند (شکل ١) (٢١).
بيشترين نقايص اين مناطق ، شامل حذف هاي چندژني در منطقه ي AZFb و AZFc است که ميتواند طيفي از فنوتايپ عقيمي را رقم بزند (جدول ١) (٤). ريزحذفي در مناطق AZF در مردان آزوسپرمي و اليگوزوسپرمي با کاريوتايپ طبيعي نيز يافت ميشود (٢١).

شکل ١. مناطق AZF- Azoospermai factor region در کروموزوم Y
AZFa: ٢ ژن مهم در اين منطقه ژن هاي USPY (Y-linke ,٩ Ubiquitin specific peptidase) و DBY هستند. حذف هايي که شامل هر دو ژن شوند باعث سندرم Sertoli cell-only ميشوند که در آن سلول هاي سرتولي در بيضه کامل هستند ولي در انزال هيچ اسپرمي وجود ندارد (٢٢-٢١).

در يک مطالعه در مردان مبتلا به سندرم Sertoli-cell only نشان داده شده است که سطح بيان ژن DBY کاهش يافته است اما ژن هاي ديگر مورد آزمايش سطح طبيعي از بيان داشتند (٢٣).
ژن USP9Y نيز در اسپرماتوژنز دخيل است و حذف اين ژن ميتواند عامل آزوسپرمي، اليگوزوسپرمي و اليگواستنوزوسپرمي شود (٢٥-٢٤). AZFb: حذف در اين منطقه عامل توقف اسپرماتوژنز در مراحل اوليه ي اسپرماتوسيت است و اشاره به نقش مهم اين ژن در باروري دارد (٢٦). ژن مهم اين منطقه RBMY است که ٦ کپي از اين ژن در کروموزوم Y وجود دارد (٢٠). اين ژن يک پروتئين متصل شونده به RNA را کد ميکند که يک عامل Splicing اختصاصي بيضه است و در هسته ي اسپرماتوگوني، اسپرماتوسيت و اسپرماتيد بيان ميشود (٢١). بيان اين ژن در مردان آزوسپرميک کاهش دارد (٢٧). خانواده اي از ژن هاي PRY نيز در AZFb وجود دارند. اين ژن ها در تنظيم مرگ برنامه ريزيشده ي سلولي (آپوپتوز) که فرايندي ضروري براي حذف اسپرم هاي غير طبيعي در جمعيت اسپرماتوزوآ است ، دخالت دارند (٢١).
AZFc: حذف در اين منطقه نيز باعث طيف وسيعي از فنوتايپ هايي ميشود که بيشتر آن ها شامل کاهش اسپرم در نتيجه ي کاهش اسپرماتوژنز است (٢١). حذف در اين منطقه مسؤول ١٢ درصد موارد آزوسپرمي غير انسدادي و ٦ درصد موارد اليگوزوسپرمي شديد است (٢٨). منطقه ي AZFc مستعد به بسياري از حذف هاي کوچک است که به علت نوترکيبي داخل کروموزومي حاصل ميشود (١). اين حذف ها در بر هم کنش با عواملي مثل محيط و استعداد ژنتيکي ميتواند طيفي از فنوتايپ ها از توليد طبيعي اسپرم تا آزوسپرمي را ايجاد کند (٢٩).
ژن Deleted in azoospermia( DAZ) که داراي ٤ کپي در کروموزوم Y است ، نقش هاي مختلفي در اسپرماتوژنز دارد و در تمام مراحل تکوين سلول هاي رده ي زايا بيان ميشود (٣٠).
ژن هاي ديگر کروموزوم Y
ژن CDY: ژن ديگر دخيل در اسپرماتوژنز ژن CDY در Yq است . ژني که يک پروتئين Chromodomain را کد مي کند. اين ژن به طور انحصاري در بيضه بيان ميشود و باعث سهولت جايگزيني هيستون ها در اسپرماتوژنز مي شود. همچنين به پروتئين هايي که رونويسي را تنظيم ميکنند، از طريق استيلاسيون هيستون ، اجازه ي دسترسي آسان را مي دهد (٢١). اين ژن داراي عملکردي متفاوت نسبت به همولوگ اتوزوم خود (ژن CDYL در کروموزوم ٦) در طي تکامل است ، در نتيجه به کروموزوم Y مهاجرت کرده است . اين ژن از اين نظر مورد توجه است که اشاره به فرضيه اي دارد که بيان ميدارد ژن هايي که در اسپرماتوژنز دخيل هستند، گرايش به تجمع در کروموزوم Y دارند (٢١).
ژن Testis-specific protein Y( TSPY): اين ژن در بازوي کوتاه کروموزوم Y قرار گرفته است و داراي کپيهايي در بازوي بلند نيز هست (٢٣). ژن در بيضه بيان ميشود و پروتئين آن در اسپرماتوژنز دخيل است (٣١). به نظر ميرسد اين ژن با ارسال سيگنال به اسپرماتوگوني براي ورود به ميوز، زمان اسپرماتوژنز را مشخص ميکند (٢٢).
٣. ژن هاي اتوزومي و پليمورفيسم ها
بسياري از ژن هاي اتوزومي ميتوانند در عقيمي در مردان نقش داشته باشند. ژن CFTR - Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator واقع در کروموزوم ٧ در ٦٠ تا ٩٠ درصد بيماران با فقدان مادرزادي دو طرفه ي وازودفران CBAVD يا Congenital bilateral absence of the vas deferens، جهش يافته است (١٦، ١). CBAVD نوعي از آزوسپرمي انسدادي است که در آن عدم ارتباط بين Epididymis و Ejaculatory duct باعث مهار باروري طبيعي مي شود. مردان مبتلا به CBAVD اغلب داراي دو جهش ملايم در ژن CFTR و يا ترکيبي از جهش شديد يا جهش ملايم در اين ژن هستند. شايع ترين جهش شديد F508del است که در ٦٠-٧٠ درصد از بيماران CBAVD يافت ميشود (١٦).
ژن Sex hormone-binding globulin- SHBG: اين ژن در کروموزوم ١٧ براي نقش احتمالي در اسپرماتوژنز مورد مطالعه قرار گرفته است . نقش محصول اين ژن انتقال همورمون هاي جنسي به بافت هاي هدف و کنترل غلظت آندروژن ها در بيضه است (٣٢). آندروژن ها نقش مهمي در تمايز جنسي و فرايند اسپرماتوژنز دارند. اگر سطح آندروژن مختل شود باروري تحت تأثير قرار ميگيرد. يک مطالعه که نقش پليمورفيسم TAAAA( n)SHBG را در باروري مردان بررسي کرد به اين نتيجه رسيد که آلل هاي کوتاه تر SHBG با افزايش سطوح اسپرماتوژنز همراه است . آلل هاي کوتاه تر SHBG با افزايش سطح SHBG منجر به افزايش سطوح آندروژن هاي آزاد و در نتيجه تحريک اسپرماتوژنز ميشود (٣٣).
ژن هاي Estrogen receptor( ESR1) و ESR2: مطالعاتي که رابطه ي بين اسپرماتوژنز غير طبيعي و ناکافي بودن استروژن ها را بررسي کرده اند، سبب انجام مطالعات بيشتر در ارتباط با ژن هاي گيرنده هاي استروژن شدند (٢٢). ژن ESR١ در کروموزوم ٦ داراي پليمورفيسم زيادي است که نقش هر کدام از آن ها در باروري ، به خصوص در مورد اليگوزوسپرمي شديد، مورد مطالعه قرار گرفته اند و نتايج حاکي از تفاوت بودند (٣٤). ممکن است اين تفاوت ها به دليل برهم کنش ژن با محيط باشد، زيرا تفاوت ها اغلب بين گروه هاي نژادي مختلف است .
ژنFollicle-stimulating hormone receptor- FSHR: اين ژن در کروموزوم ٢ واقع شده است و رسپتور هورمون FSH (هورمون ضروري براي فعاليت طبيعي گنادها) را کد مي کند. در يک مطالعه مشخص شده است که حذف نسبي اين ژن منجر به اثرات ناچيز در اسپرماتوژنز ميشود (٢٦). علاوه بر اين مشخص شده است که پليمورفيسم هاي تک نوکلئوتيدي فعاليت ژن را متأثر ميکند (١).
ژن (Methylenetetrahydrofolate reductase) MTHFR: اين ژن در بازوي کوتاه کروموزوم ١ واقع است و آنزيمي را کد ميکند که در متابوليسم فولات دخيل است و نقش مهمي در متيلاسيون DNA و فرايند اسپرماتوژنز دارد (٢٢). پليمورفيسم C T٦٧٧ عامل جانشيني آلانين به جاي والين است که باعث کاهش فعاليت آنزيم ميشود (٣٥). کاهش فعاليت MTHFR منجر به عدم تنظيم متابوليسم فولات و در نتيجه اشتباه در متيلاسيون DNA و تأثير در اسپرماتوژنز ميشود (٢٢). اين پليمورفيسم با عقيمي مردان در جمعيت هاي آفريقايي، جنوب شرقي آسيا و هند مرتبط است (٣٧-٣٦)، اما اين نتايج در جمعيت اروپايي تکرار نشده است (١).
٤. ژن هاي وابسته به X
بسياري از ژن هاي واقع در کروموزوم X در بيضه بيان ميشوند و در نتيجه در گامتوژنز نقش دارند (٢٢).
ژن گيرنده ي آندروژن (Androgen receptor يا AR)
در بازوي بلند X واقع شده است و در ميوز و تبديل اسپرماتوسيت به اسپرماتيد در فرايند اسپرماتوژنز دخيل است (٣٨). در يک مطالعه بر روي مردان عقيم مشخص شد که حدود ٢ درصد از آن ها داراي جهش در ژن AR بودند در حالي که اين جهش در گروه شاهد مشاهده نشد (٣٩).
ژن USP26 : در بازوي بلند کروموزوم X قرار گرفته است و در طي مراحل اوليه ي اسپرماتوژنز در بيضه بيان مي شود (٤٠). به نظر ميرسد اين ژن در فرايند حذف هيستوني در اسپرماتوژنز نقش داشته باشد (٢٢). مطالعات حاکي از ارتباط بين اين ژن و ناباروري، مانند کشف واريانت هاي ژن در مردان آزوسپرمي، است (٤٠).
Kallmann syndrome( KS): يکي ديگر از بيماريهاي ژنتيکي است که عامل عقيمي در مردان است و داراي هر دو جزء اتوزومي و وابسته به X است . اين سندرم به عنوان IHH (Idiopathic hypogonadotropic hypogonadism)همراه با Anosmia تعريف ميشود. IHH با سطوح پايين استروييدهاي جنسي در ترکيب با سطوح پايين تا طبيعي هورمون هاي FSH و LH مشخص ميشود (٤١). بيماران ميتوانند به طيفي از IHH کامل تا ناکامل مبتلا شوند که منجر به طيفي از ناهنجاريهاي تکويني جنسي ميشود (٤٢). دو حذف ژنتيکي ژن هاي Fibroblast growth factor receptor( FGFR1) و KAL1 با اين سندرم مرتبط هستند (٣٤). KAL1 در بازوي کوتاه کروموزوم X واقع شده است و در مهاجرت نورون هاي GnRH (Gonadotropin-releasing hormone) درگير است و پروتئين ١-Anosmin را که يک مولکول چسبندگي سلولي است ، کد مي کند (٤١). حذف اين ژن ٣٠ تا ٧٠ درصد از بيماران KS را شامل مي شود. حذف در ژن FGFR١ نيز باعث شکل هاي Anosmia در بيماران KS ميشود.
Epigenetics error .5
اسپرماتوژنز فرايندي است پيچيده و حاصل مجموعه اي از حوادث است که هر کدام مستعد جهش هايي هستند که ميتواند اين فرايند را تحت تأثير قرار دهد (١٦). به علاوه اسپرم براي انتقال اطلاعات ژنتيکي و اپيژنتيکي جهت تکوين صحيح رويان بايد به درستي بسته بندي شود. منظور از اطلاعات اپيژنتيک ، تغييرات کدهاي ژنتيکي است که توالي DNA را متأثر نميکند مثل افزودن مولکول هاي مختلف به ساختار DNA که تنظيم رونويسي و در نتيجه بيان ژن را تغيير ميدهد (٤٣). بسته بندي کروماتين يک امر ضروري براي تکوين اسپرم است و اين عقيده وجود دارد که ساختار فشرده ي کروماتين پيام هاي ضروري براي تکامل رويان را منتقل ميکند (٤٤). در طي بسته بندي کروماتين ٨٥ درصد هيستون ها جاي خود را به پروتامين ها ميدهند (٤٦-٤٥). در مراحل مياني اين جايگزيني، Transitional protein در ساختار کروماتين وارد مي شود (٤٧). مطالعات در موش نشان داد که تخريب ژن هايي که اين پروتئنيها را کد ميکنند (TP1 و TP2) ميتوانند باعث فنوتايپ ناباروري شوند (٤٩-٤٨). علاوه بر اين عملکرد دو پروتئن متفاوت پروتامين P1 و P2 در انسان مشخص شده است ، چنان چه mRNA مربوط به P1 خيلي زود بيان شود اسپرماتوژنز در مرحله ي اسپرماتيد متوقف ميشود (٥٠). هيستون ها عامل مهم ديگر در انتقال اپيژنتيکي هستند و طي تشکيل اسپرماتوزوا، مناطق کنترلي Imprinting را نشانه گذاري ميکنند. کنترل بيان تنظيم ژن ها با افزودن گروه هاي استيل ، متيل ، يوبي کوتيئين و فسفات به هيستون ها صورت ميپذيرد (٥١).
ناهنجاري هيستون ها يک کانديداي احتمالي در ناهنجاريهاي جنيني هستند و نقش آن ها در ناباروري در حال تحقيق است (٤٧).
Imprinting، متيلاسيون DNA، تعيين ميکند چه ژني از ژنوم پدري يا مادري در جنين بيان شود.
مناطق Imprinted در DNA در هر سيکل تناسلي به طور مجدد مورد Imprinting قرار مي گيرند و اجازه ي پايدار شدن Imprintهاي والديني را در سلول هاي رده ي زايا در هر سيکل را ميدهند (٥٢).
Kobayashi و همکاران در مطالعه اي صحت
Imprinting را در مردان عقيم بررسي کردند. در مردان بارور با انزال طبيعي مناطق متمايز متيله شده ي (Differentiated methylated region) پدري بايد متيله و مناطق مادري بايد غير متيله باشند. مطالعه نشان داد که حدود ١٤ درصد مردان عقيم داراي ناهنجاري در مناطق تمايزي پدري و ٢١ درصد ناهنجاري در مناطق تمايزي مادري دارند. اکثر بيماران داراي ناهنجاري در هر دو منطقه اليگوزوسپرميک بودند. به علاوه در مردان با ناهنجاري در Imprinted DMRs، تکنيک هاي کمک باروري (ART) موفقيت کمتري دارند. همچنين مشخص شده است که مردان اليگوزوسپرميک خطر بالاتري براي انتقال اشتباهات Imprint به فرزندان خود دارند (٥٣).
٦. تلومر
تلومر ميتواند به عنوان يکي از کانديدهاي بالقوه در بروز فنوتايپ ناباروري باشد. تلومر از اطلاعات ژنتيکي در کروموزوم ها محافظت ميکند، باعث لوکاليزه شدن کروموزوم در هسته ميگردد و در همانندسازي DNA نقش دارد (٥). کوتاه شدن غير طبيعي تلومر با ناباروري در مردان مرتبط است (٥٤).