Czy niepłodność może być problemem genetycznym?

W przypadku niepłodności badania genetyczne są niezbędną częścią postępowania diagnostycznego, ponieważ u co najmniej 30% niepłodnych par przyczyną niepłodności jest czynnik genetyczny [6, 16].

Badania genetyczne mają na celu nie tylko ustalenie przyczyny niepłodności, ale także stwierdzenie, czy przyczyną braku ciąży nie są zmiany materiału genetycznego u jednego lub obojga partnerów, które mogą prowadzić do ciężkich chorób genetycznych u dziecka.

U par, u których stwierdzono czynnik genetyczny metody wspomaganego rozrodu mogą być skuteczne, ale może dojść do przekazania nieprawidłowego materiału genetycznego potomstwu. Skutki tego mogą być różne: wystąpienie u potomstwa tych samych problemów z rozrodem jakie występowały u rodzica i/lub podwyższone ryzyko urodzenia dziecka z chorobą genetyczną (najczęściej związaną z wadami wrodzonymi i/lub niepełnosprawnością intelektualną). W poradni genetycznej pary uzyskują pełną informację na ten temat i na tej podstawie mogą świadomie kształtować swoje plany prokreacyjne.

Ostatnie lata przyniosły znaczny postęp w badaniach molekularnych przyczyn niepłodności. Zidentyfikowano wiele genów, co do których są przesłanki na podstawie funkcji albo z badań na modelu zwierzęcym, że ich mutacje mogą prowadzić do niepłodności [8, 9, 10, 15]. Interesujący i ważny kierunek badań to analiza wybranych genów podlegających rodzicielskiemu piętnowaniu genomowemu (imprinting). Rodzicielskie piętnowanie genomowe polega na tym, że część genów człowieka „pamięta”, od którego z rodziców pochodzi. Odbywa się to poprzez metylację DNA. Zaburzenia imprintingu mogą tłumaczyć podwyższone ryzyko wystąpienia u dziecka poczętego zwłaszcza z zastosowaniem ICSI, niektórych zespołów związanych z zaburzeniami rodzicielskiego piętnowania genomowego, jak Beckwith-Wiedemann czy Silver-Russell [11].

Konsultacja genetyczna w niepłodności - na czym polega?

Badania genetyczne powinny być poprzedzone konsultacją genetyczną, przy czym jest bardzo ważna sprawą, żeby do poradni genetycznej zgłosiła się para, a nie tylko to z partnerów, u którego jest podejrzenie, że przyczyna niepłodności leży po jego stronie.

W przypadku pary z niepłodnością diagnostyka genetyczna i poradnictwo genetyczne obejmują następujące elementy:

• Wywiad dotyczący stanu zdrowia obojga partnerów, stanu ginekologicznego, zapoznanie się z wynikami badania nasienia.
• Zebranie informacji o ew. narażeniu na czynniki szkodliwe związane z wykonywaną pracą zawodową, używkami itp.
• Ocena fenotypu obojga partnerów ze zwróceniem uwagi na ew. objawy chorób genetycznych.
• Wywiad rodzinny w zakresie co najmniej 3 pokoleń, wykreślenie i analiza rodowodu; wywiad dotyczy przypadków chorób genetycznych, wad wrodzonych, upośledzenia umysłowego i niepowodzeń rozrodu w rodzinie.
• Badanie kariotypu u obojga partnerów na podstawie limfocytów krwi obwodowej, w miarę potrzeby uzupełnione o metody cytogenetyki molekularnej.
• Badania molekularne – nie w każdym przypadku, dobiera się je indywidualnie (w przypadku oligozoospermii badanie CFTR i AZF u mężczyzny; w przypadku POF badanie FMR1 u kobiety; inne badania molekularne w zależności od fenotypu)
• Indywidualna interpretacja wyników w kontekście sytuacji klinicznej, danych z analizy rodowodu i bieżącego piśmiennictwa światowego.
• Przedstawienie parze wyników badań, udzielenie porady genetycznej, wydanie karty informacyjnej.
• Wymienione postępowanie diagnostyczne (konsultacja genetyczna i badania genetyczne) są również obowiązującym standardem w przygotowaniu pary do wspomaganego rozrodu.

Jakie metody badań genetycznych znajdują zastosowanie u par z niepłodnością?

• Badanie kariotypu
  Jest to badanie, od którego należy rozpocząć diagnostykę genetyczną. Badanie wykonuje się metodami cytogenetyki klasycznej, a materiałem do badań jest krew obwodowa (2-3 ml krwi pobranej na heparynę do fabrycznie przygotowanych probówek). Krwi na badanie kariotypu nie należy zamrażać, można ją transportować lub przesyłać szybką pocztą bez konieczności zabezpieczenia szczególnych warunków [1]. Cytogenetyk liczy chromosomy, analizuje ich wzór prążkowy i na tej podstawie stwierdza, czy nie występują zmiany w liczbie lub strukturze chromosomów.
  Niekiedy ważnym uzupełnieniem badania cytogenetycznego wykonanego z zastosowaniem metod cytogenetyki klasycznej jest FISH (fluorescencyjna hybrydyzacja in situ). FISH wykonuje się, kiedy wyniki badania kariotypu nie są jednoznaczne, jest podejrzenie specyficznych mikrorearanżacji materiału genetycznego lub jest podejrzenie mozaikowatości [2, 14]. Są to rzadkie sytuacje. W FISH odpowiednio dobrane i wyznakowane fluorochromami sondy molekularne zostają nałożone na preparat cytogenetyczny, hybrydyzują specyficznie do chromosomów i miejsce hybrydyzacji obserwuje się w mikroskopie fluorescencyjnym.
  
  
• Badania molekularne w diagnostyce genetycznej niepłodności
  Badania molekularne mogą niekiedy zastąpić FISH w przypadku podejrzenia submikroskopowej aberracji niezrównoważonej (mikrodelecji lub mikroduplikacji), ale przede wszystkim stosuje się je w przypadku podejrzenia niepłodności spowodowanej mutacjami genowymi [17, 18]. W większości badań molekularnych stosuje się PCR (w tym tzw. multiplex PCR) i sekwencjonowanie, niekiedy także MLPA.
  Dla przeprowadzenia badań molekularnych wymagana jest pisemna zgoda pacjenta. Materiałem do badań jest najczęściej niewielka ilość (2-5 ml) krwi obwodowej pobranej do probówki z antykoagulantem (np. wersenian sodu - EDTA). Tak pobraną krew można przesyłać pocztą, można też zamrozić i przechowywać przez dłuższy czas. Wiele badań molekularnych można obecnie wykonywać na podstawie kropli krwi (pobranej na specjalną bibułę), a nawet na podstawie wymazu z błony śluzowej wewnętrznej strony policzka. Rodzaj materiału biologicznego i sposób pobrania należy uzgodnić z laboratorium wykonującym badanie genetyczne.
  
  
• Technologia mikromacierzy w diagnostyce genetycznej niepłodności
  Technologia mikromacierzy typu Array-CGH umożliwia wykrycie niezrównoważonych zmian genomowych. Sprawa jej znaczenia w diagnostyce niepłodności jest otwarta, już poznane mikrodelecje związane z niepłodnością mogą być diagnozowane innymi, tańszymi metodami, jednak w miarę gromadzenia wyników badań odkrywa się znaczenie mikrorearanżacji genomowych w patologii człowieka. Już obecnie wiadomo, że badania z zastosowaniem mikromacierzy wykrywają nosicielstwo niezrównoważonych mikrorearanżacji materiału genetycznego także u osób bez widocznych zmian w fenotypie i niektóre z tych zmian mogą mieć związek z niepłodnością. Ponadto w miarę postępów w poznawaniu molekularnego podłoża niepłodności jednogenowego i wielogenowego, można przewidywać szerokie zastosowanie w genetycznej diagnostyce niepłodności technologii mikromacierzy opartej na SNP [7]. Do badań metodą mikromacierzy pobiera się krew tak jak do innych badań molekularnych.

Jakie zmiany materiału genetycznego wykrywa się u par z niepłodnością i co to oznacza dla planów prokreacyjnych?

Najczęściej wykrywaną zmianą genetyczną u par z niepłodnością są aberracje chromosomowe. U kobiet jest to zespół Turnera (1/2500 żywo urodzonych dziewczynek). Kobiety z zespołem Turnera mają niski wzrost, charakterystyczne cechy dysmorficzne i pierwotny brak miesiączki spowodowany tym, że w miejscu gonad występują pasma tkanki łącznej. Kobiety z zespołem Turnera mają tylko jeden prawidłowy chromosom X, a drugi chromosom X jest nieobecny (50% przypadków) albo ma zmienioną strukturę (najczęściej izochromosom ramion długich), mogą też występować kariotypy mozaikowe z udziałem prawidłowej linii komórkowej 46,XX. Przy kariotypie mozaikowym może być zachowana płodność, lecz dochodzi do POF (przedwczesne wygasanie czynności jajników), ponadto mają one podwyższone ryzyko urodzenia córki z zespołem Turnera (także duże ryzyko poronień, ponieważ 99% zarodków i płodów z kariotypem 45,X ulega poronieniu). Opisywano ciąże u kobiet z zespołem Turnera przy kariotypie 45,X z zastosowaniem IVF, ale w tych przypadkach należy skorzystać z komórki jajowej pochodzącej od dawczyni [6].

Nawet w przypadku silnych przesłanek, że przyczyna niepłodności leży po stronie mężczyzny, zawsze należy także określić kariotyp kobiety, ponieważ wykazano, że partnerki niepłodnych mężczyzn - częściej niż ogólna populacja kobiet - mają aberracje chromosomowe (translokacje wzajemne i robertsonowskie, inwersje). Obserwowano to także w badaniach własnych.

Aberracje chromosomowe są także najczęstszą genetyczną przyczyną niepłodności męskiej: wykrywa się je u 13,2% mężczyzn z azoospermią, 4,3% z oligozoospermią i 3% niepłodnych mężczyzn z normozoospermią [za 19].

Podobnie jak u niepłodnych kobiet, tak samo u niepłodnych mężczyzn przeważają aberracje chromosomów płci: X i Y (ok. 4% niepłodnych mężczyzn ma taką aberrację). Dodatkowy chromosom X u mężczyzny (kariotyp 47,XXY - zespół Klinefeltera) stwierdza się u 10% mężczyzn z azoospermią i 0,5% mężczyzn z oligozoospermią. U mężczyzn z kariotypem 47,XXY opisywano prawidłowe genetycznie potomstwo po zastosowaniu ICSI z użyciem komórek rozrodczych uzyskanych po biopsji jadra, jednak odnotowano również podwyższone ryzyko wystąpienia u potomstwa aneuploidii chromosomów płci i autosomów [6]. Rzadziej przyczyną niepłodności męskiej jest dodatkowy chromosom Y (0,3% mężczyzn z oligozoospermią, kariotyp 47,XYY), czy translokacje między X lub Y a chromosomem autosomalnym. Natomiast u 0,9% mężczyzn z azoospermią stwierdza się kariotyp 46,XX z obecnością submikroskopowej translokacji fragmentu chromosomu Y zawierającego gen SRY. U niepłodnych mężczyzn występują też kariotypy mozaikowe (oprócz linii komórkowej z kariotypem 46,XY występuje linia komórkowa z nieprawidłową liczbą lub strukturą chromosomów płci) [6, za 19].

Również aberracje chromosomów autosomalnych mogą być przyczyna niepłodności męskiej, jednak z reguły nie występuje wówczas azoospermia, ale oligozoospermia lub nawet normospermia. Wśród niepłodnych mężczyzn z normozoospermią u 1,6% stwierdza się aberracje dotyczące chromosomów autosomalnych a wśród tych z oligozoospermią – u ok. 3%, z tego połowa to translokacje robertsonowskie (najczęściej 13;14), w pozostałych przypadkach translokacje wzajemne, inwersje i chromosomy markerowe [za 19].

Wykrycie nosicielstwa aberracji chromosomów autosomalnych u któregokolwiek z partnerów może poważnie skomplikować plany prokreacyjne takiej pary. Nosicielstwo translokacji robertsonowskich i wzajemnych wprawdzie zwykle nie przekreśla szansy na posiadanie zupełnie zdrowego potomstwa, jednak oznacza podwyższone ryzyko poronień samoistnych, co u pary, która musi korzystać z IVF jest dużym problemem. Takie nosicielstwo związane jest zwykle również z podwyższonym ryzykiem urodzenia dziecka z zespołem wad i opóźnieniem rozwoju. Dla nosicielstwa translokacji robertsonowskich są dość dokładne dane dotyczące ryzyka niezrównoważonego kariotypu u potomstwa, natomiast w przypadku translokacji wzajemnych i inwersji ryzyko genetyczne jest określane indywidualnie i zależy od tego, które chromosomy są objęte aberracją oraz wielkości fragmentów chromosomów zaangażowanych w aberrację [4, 6, 12, 13].

Około 10-15% mężczyzn z prawidłowym kariotypem i azoospermią lub ciężką oligozoospermią ma mikrodelecje w AZF (azoospermic factor) w Yq11.2. Najczęściej jest to mikrodelecja AZFc, przy której występują różnorodne zaburzenia spermatogenezy, ale w większości przypadków jest obecność plemników w nasieniu. Całkowita delecja AZFa lub AZFb prowadzi odpowiednio do zespołu samych komórek Sertoliego lub zaburzeń w dojrzewaniu spermatocytów, podczas gdy częściowe delecje są związane z łagodniejszymi skutkami fenotypowymi i często obecnością plemników w ejakulacie [5]. Mężczyźni z mikrodelecjami w locus AZF przekażą te mikrodelecję wszystkim synom, są też doniesienia o podwyższonym ryzyku wystąpienia u potomstwa monosomii X [za 6].

Niekiedy u niepłodnych mężczyzn występuje tzw. azoospermia obstrukcyjna spowodowana wrodzonym obustronnym brakiem nasieniowodów (CBAVD). U takich mężczyzn konieczna jest analiza genu CFTR, ponieważ aż 70% mężczyzn z CBAVD ma mutacje w obydwu allelach genu CFTR. Wśród mutacji występuje nie tylko delF508, najczęstsza mutacja występująca w klasycznej mukowiscydozie, ale także mutacje typowe dla CBAVD, zwłaszcza R117H [6,15]. Jeżeli przyczyną niepłodności męskiej jest mutacja w genie CFTR, są wskazania do badania genu CFTR także u partnerki. W przypadku stwierdzenia nosicielstwa mutacji także u niej, para taka ma ryzyko 25% urodzenia dziecka z mukowiscydozą (typową lub nietypową klinicznie), jeśli mężczyzna jest heterozygotą pod względem mutacji w CFTR, a 50% jeśli jest homozygotą. U mężczyzn z CBAVD należy również wykluczyć wady rozwojowe nerek (jednostronna agenezja) ze względu na podwyższone ryzyko wystąpienia agenezji nerek także u potomstwa [6].

Istnieje wiele innych chorób jednogenowych, w których występuje niepłodność, w tych przypadkach badania molekularne muszą być poprzedzone dokładnym rozpoznaniem klinicznym (np. zespół Kallmanna) i na tej podstawie dobiera się diagnostykę molekularną [15].

Również u kobiet jest wiele chorób jednogenowych związanych z niepłodnością lub z ograniczeniem płodności. Szczególnie u kobiet z POF na uwagę zasługuje możliwość nosicielstwa premutacji w genie FMR1, które występuje w 2% przypadków sporadycznych i 15% przypadków rodzinnych POF [6]. Stwierdzenie premutacji identyfikuje rodzinę podwyższonego ryzyka genetycznego zagrożoną wystąpieniem niepełnosprawności intelektualnej, zwłaszcza u chłopców.

POF może być częścią wielu innych zespołów genetycznych i jest wiele genów, których mutacje mogą powodować POF (np. BMP15, FMR2, LHR, FSHR, INHA, FOXL2, FOXO3, ERα, SF1, ERβ i CYP19A1) [3]. Należy badać te geny, gdyż stwierdzenie nosicielstwa mutacji pozwala na świadome przyspieszenie realizacji planów prokreacyjnych i uniknięcie problemów w prokreacji związanych z POF [3, 6].

Podsumowanie

U par z niepłodnością badania genetyczne są ważnym i niezbędnym elementem postępowania diagnostycznego, ze względu na duże znaczenia czynnika genetycznego w etiologii niepłodności. Wykluczenie lub potwierdzenie genetycznej przyczyny niepłodności ma znaczenie diagnostyczne i prognostyczne.

Prof.dr hab.med. Anna Latos-Bieleńska