Przedmiot: Genetyka kliniczna V Rok, Wydział Lekarski I Katedra i Zakład Genetyki Medycznej UM w Poznaniu Niepowodzenia rozrodu Opracowanie: Prof.dr hab.med. Anna Latos-Bieleńska, Mgr Monika Zakrzewska Choroby genetyczne są niezwykle różnorodne klinicznie, stąd możemy je spotkać w każdej specjalności lekarskiej. W kręgu zainteresowań lekarza ginekologa znajduje się genetycznie uwarunkowana niepłodność oraz genetycznie uwarunkowane choroby zarodka i płodu, szczególnie wady rozwojowe oraz diagnostyka prenatalna. Są to zagadnienia kliniczne ściśle z genetyka związane i wymagające konsultacji genetycznej. Sytuacje kliniczne w ginekologii i położnictwie mające związek z genetyką medyczną: Zaburzenia determinacji płci Genetyczne przyczyny niepłodności małżeńskiej Genetyczne przyczyny poronień samoistnych Metody wspomaganego rozrodu Diagnostyka preimplantacyjna chorób genetycznych Diagnostyka prenatalna chorób genetycznych Choroby genetyczne kobiety mające znaczenie dla przebiegu ciąży Nowotwory złośliwe w ginekologii Sterilitas niemożność uzyskania ciąży Infertilitas niemożność donoszenia ciąży Czynniki genetyczne mogą być przyczyną: Braku ciąży Poronień samoistnych Martwych porodów Niepowodzenia metod wspomaganego rozrodu Wad rozwojowych i innej patologii płodu 1. Brak ciąży Niepłodność małżeńska dotyczy około 10-15% par, w tym czynniki genetyczne stanowią około 15-30% przyczyn. Wśród czynników genetyczne wyróżniamy te spowodowane aberracjami chromosomowymi oraz mutacjami genowymi. Aberracje chromosomowe to przede wszystkim aberracje chromosomów płci (liczbowe i strukturalne) oraz aberracje strukturalne o charakterze translokacji zrównoważonej (w tym robertsonowskie) lub inwersji. Aberracji chromosomów płci: - zespół Klinefeltera u mężczyzn (47,XXY) - 5% mężczyzn z ciężką oligozoospermią, 10 % mężczyzn z azoospermią. Spermatogeneza zahamowana najczęściej na etapie spermatocytów pierwotnych. - zespół Turnera u kobiet (45,X) dysgenezja jajników około 90% kobiet jest bezpłodnych - delecje w ramieniu p lub q chromosomu X u kobiet delecje w ramieniu p wiążą się z niepłodnością u około 65% kobiet, w ramieniu q u około 93%. Aberracji chromosomów autosomalnych: Nosicielstwo translokacji robertsonowskich (zwłaszcza obejmujących chromosomy pary 13 i 14) Nosicielstwo dużych translokacji zrównoważonych u któregoś z partnerów 1
Nosicielstwo translokacji wzajemnych między chromosomem autosomalnym a chromosomem X lub chromosomem Y u mężczyzn. Nosiciele translokacji zrównoważonych są fenotypowo zdrowi, ale ze względu na ryzyko występowania gamet z niezrównoważonym materiałem genetycznym lub zaburzeń w procesie gametogenezy, istniej ryzyko niepowodzeń rozrodu. U mężczyzn - nosicieli może dochodzić do zaburzeń w przebiegu spermatogenezy (zaburzenia rekombinacji i niemożność tworzenia spermatogonii), czego skutkiem jest oligozoospermia lub azoospermia. Nosicielstwo translokacji przez któregoś z partnerów może prowadzić również do bardzo wczesnych poronień, które nie są rozpoznawane klinicznie i diagnozowane, jako brak ciąży. Inwersje Podobnie, jak w przypadku translokacji zrównoważonych nosiciel inwersji jest osobą fenotypowo zdrową. Ryzyko niepowodzeń rozrodu jest uzależnione od rodzaju i wielkości inwersji. Małe inwersje, które prowadzą do dużych duplikacji lub delecji (ze względu na trudności w utworzeniu pętli w trakcie crossing-over, która pozwoliłaby na wymianę odcinków chromatyd niesiostrzanych) są często letalne. Duże inwersje obejmujące większe odcinki chromosomu dają większa szanse na przeżycie zarodka (większe ryzyko urodzenia dziecka uszkodzonego). Mikrodelecji w regionie AZF (ang. Azoospermia Factor regions) chromosomu Y U mężczyzn nieprawidłowości w długim ramieniu chromosomu Y, gdzie znajduje się region AZF prowadzą to do zaburzeń spermatogenezy i w efekcie do niepłodności. Region AZF podzielony jest na trzy podregiony oznaczone AZFa, AZFb i AZFc. W regionie AZFc znajdują się geny DAZ, które kodują wysoce konserwatywne białka wiążące RNA, kluczowe dla normalnego przebiegu spermatogenezy i regulacji translacji. Mutacji pojedynczych genów - CFTR Mutacje w genie CFTR prowadzą do CBAVD (ang. congenital bilateral absence of the vas deferens) - obustronnego brak przewodów nasiennych (2% niepłodnych mężczyzn i ok. 6% z azoospermią obstrukcyjną). Kombinacja dwóch łagodnych mutacji (często mutacja R117H) lub mutacji łagodnej i silnej (najczęściej ΔF508). - POF przedwczesne wygaśnięcie funkcji jajników. U kobiet nosicielstwo premeutacji w locus FMR1 związane jest z przedwczesnym wygasaniem czynności jajników (POF). Także w przypadku mutacji w innych genach obserwuje się u kobiet POF: POF1 - FMR1 - Xq27.3 nosicielstwo premtuacji POF2A i POF2B DIAPH2 i POF1B Xq13.3-q21.1 POF3 - FOXL2 3q23 POF4 - BMP15 Xp11.2 POF5 NOBOX 7q35 POF6 FIGLA 2p12 POF7 NR5A1 9q33 2. Poronienia samoistne Częstość występowania poronień samoistnych jest szacowana na około 10 do 15% wszystkich klinicznie rozpoznanych ciąż, z czego najwięcej przypadków przypada na pierwszy trymestr ciąży. Poronienia nawracające (nawykowe) dotyczą 1% kobiet. Około 5% kobiet doświadcza dwóch poronień samoistnych, a w 0,7 do 1% przypadków ciąża kończy się porodem martwym. Należy podkreślić, że jedynie w 40-60% wszystkich przypadków poronień udaje znaleźć się przyczynę. Obecnie niepowodzenia ciąży ze względu na etiologię dzielimy na: bardzo wczesną utratę ciąży (tzw. "poronienie biochemiczne, poniżej 6 t.c.), wczesną utratę ciąży (do 12 t.c.) oraz późną utratę ciąży (powyżej 12 t.c.). Czynniki genetyczne największą rolę odgrywają w przypadku pierwszym i drugim, im bardziej zaawansowana ciąża tym większe znaczenie mają czynniki pozagenetyczne. Genetyczne przyczyny poronień samoistnych: 2
Aberracje chromosomowe Występują aż w 50% przypadków poronionych zarodków (50-70% we wczesnych poronieniach). Aberracje u zarodka mogą występować de novo lub być skutkiem nieprawidłowego kariotypu u któregoś z rodziców. Zdecydowana większość aberracji chromosomowych u zarodka występuje de novo i jest to zupełnie przypadkowa nieprawidłowość materiału genetycznego, przy całkowicie prawidłowym kariotypie rodziców. Aberracje chromosomowe w materiale z poronień stwierdza się także w 60-70% przypadków pustego jaja płodowego (najczęściej są to trisomie). Aberracje liczby chromosomów Najczęściej występują trisomie (52%), następnie poliploidie (21%) i monosomia X (13%). Większość trisomii jest konsekwencją matczynej nondysjunkcji podczas I podziału mejotycznego. Trisomia chromosomu 16 jest spotykana najczęściej, stanowiąc ok. 30% wszystkich trisomii. Drugą najczęściej występującą trisomią jest trisomia chromosomu pary 22. Pozostałe często występujące trisomie to 13, 15, 18 i 21 pary chromosomów. Trisomie obserwowane u dzieci żywo urodzonych (13, 18, i 21 pary chromosomów) również prowadzą najczęściej do obumarcia zarodka: 60% zarodków z zespołem Downa i aż 90-95% zarodków z zespołem Patau i Edwardsa ulega poronieniu samoistnemu. Ryzyko wystąpienia trisomii wzrasta z wiekiem matki. Monosomie chromosomów autosomalnych są rzadsze niż chromosomu X i zawsze wcześnie letalne. W ponad 95% przypadków (wg piśmiennictwa nawet 98%) monosomia X u zarodka jest letalna, jedynie niewielki odsetek ma szanse na przeżycie. Pozostałe aberracje to poliploidie triploidia (3n) i tetraploidia (4n) ok. 20% przypadków poronień samoistnych. Triploidia wynika najczęściej z dispermii, czyli zapłodnienia jednej komórki jajowej przez dwa plemniki, ale może też być wynikiem powstania nieprawidłowej diploidalnej gamety męskiej lub żeńskiej. Jeśli dodatkowy zestaw chromosomów pochodzi od ojca, rozwijający się płód charakteryzuje się normalnym wzrostem wewnątrzmacicznym i wyjątkowo dużym łożyskiem z obrzękiem kosmków (w tworzeniu łożyska biorą udział geny odojcowskie). Jeśli natomiast pochodzi od matki można zaobserwować dystrofię wewnątrzmaciczna płodu w połączeniu z nieproporcjonalnie dużą głową płodu. Tetraploidia jest wynikiem zaburzeń, do jakich dochodzi w trakcie pierwszego podziału mitotycznego zygoty. Rodzaj aberracji Częstość Trisomia 52 16 15 13, 18, 21 9 XXX, XXY, XYY 1 Inne 27 45,X 18 Triploidia 17 Tetraploidia 6 Inne 7 Tab. Rodzaj aberracji chromosomowych stwierdzanych u samoistnie poronionych zarodków Aberracje struktury chromosomów Poronienia samoistne, także nawracające mogą wynikać nie tylko ze zmian liczbowych, ale również zmian strukturalnych chromosomów zwykle translokacji, rzadziej inwersji, u któregoś z partnerów. Osoba taka jest zupełnie prawidłowa fenotypowo, ale produkuje część gamet z nieprawidłowym kariotypem. Nawracające poronienia samoistne mogą, zatem świadczyć o istnieniu zaburzeń w materiale genetycznym. Dwa poronienia samoistne są wskazaniem do określenia kariotypu u obojga partnerów. Aberracje strukturalne u któregoś z partnerów obserwuje się w 4% do 7% przypadków poronień samoistnych. Jeśli oprócz poronień wystąpiła wcześniej ciąża zakończona martwym porodem lub urodzeniem dziecka z wadami rozwojowymi, nosicielstwo aberracji chromosomowej u któregoś z partnerów stwierdza się częściej (ok. 16% przypadków). Jeśli jeden z partnerów jest nosicielem 3
translokacji zrównoważonej, efektem tego może być: potomstwo z prawidłowym kariotypem, potomstwo z kariotypem nieprawidłowym, ale zrównoważonym oraz potomstwo z kariotypem nieprawidłowym niezrównoważonym. W ostatnim przypadku efektem takiego kariotypu mogą być poronienia samoistne (jedno lub więcej), martwe porody, potomstwo z licznymi wadami rozwojowymi. Badanie kariotypu u obojga partnerów powinno być zawsze przeprowadzone także już po jednym porodzie martwym (nawet, jeśli u płodu nie stwierdzono wad rozwojowych). Disomia jednorodzicielska Obecność dwóch chromosomów pochodzących od tego samego rodzica może być przyczyną poronienia samoistnego. Mutacje genowe Inną przyczyną poronień samoistnych mogą być ciężkie choroby jednogenowe zarodka i płodu. Są one trudne do wykazania i w większości przypadków nie można zaproponować adekwatnych badań molekularnych. Do obumarcia ciąży może dojść wskutek letalnej choroby zarodka i płodu: a) autosomalnej dominującej będącej wynikiem mutacji powstałej de novo lub mutacji odziedziczonej (rzadziej) np. mutacja dynamiczna będąca przyczyną dystrofii miotonicznej (chora matka może mieć słabo wyrażone objawy choroby, a płód u którego doszło do ekspansji powtórzeń może obumrzeć) b) autosomalnej recesywnej oboje partnerzy są zdrowymi nosicielami tego samego zmutowanego genu i mają 25% ryzyka, że płód odziedziczy oba zmutowane allele ze skutkiem letalnym (częściej jest to spotykane w przypadku par spokrewnionych) c) sprzężonej z chromosomem X dotyczy to zwłaszcza nosicielstwa przez kobietę mutacji dominujących letalnych dla zarodków i płodów męskich (np. incontinentia pigmenti, czy zespół ustno-twarzowopalcowy I) Wśród par z poronieniami samoistnymi wykonywane są także badanie w kierunku występowania mutacji/polimorfizmów w innych genach, które mogą zwiększać ryzyko wystąpienia niepowodzenia ciąży: IL-1 beta,il-1 antagonista receptora, IL-4. IL-6, IL-10, IFN- gamma, TNF, KIR, VEGF, protrombina, czynnik V Leiden, czynnik XI, trombomodulina, EPCR, Apo E, MTHFR, białko Z, aneksyna A5, CBG5, CBG8, mtdna, GSTT1, CYP1A1, CYP2D6, GSTM1, SYCP3. 3. Przygotowania do wspomaganego rozrodu Wśród par z niepowodzeniami, które kwalifikują się do zastosowania metod wspomaganego rozrodu, w 50-65% przypadków przyczyną braku ciąży jest niepłodność męska. Należy jednak podkreślić, że tylko w 45-66% przypadków przyczynę niepłodności udaje się określić. Przed zakwalifikowaniem pary do wspomaganego rozrodu ( zapłodnienia in vitro [IVF], zapłodnienia pozaustrojowego metodą ICSI, konieczne jest przeprowadzenie badań genetycznych, które wykluczą genetyczną etiologię niepłodności i zostaną zakończone adekwatną poradą genetyczną. Niekiedy analiza rodowodu ujawnia rodzinę podwyższonego ryzyka genetycznego, które oprócz braku ciąży niesie za sobą zagrożenie poronień samoistnych, zespołu wad rozwojowych u potomstwa, czy ryzyko martwych porodów. Badaniem obejmuje się oboje partnerów!!! Analiza kariotypu W przypadku mężczyzn badanie kariotypu może ujawnić aberracje chromosomowe (ok. 2-20% przypadków), zarówno w obrębie autosomów, jak i chromosomów płci. Najczęściej występują aberracje chromosomów płci liczbowe (zespół Klinefeltera) i strukturalne (delecje w długim ramieniu chromosomu Y - 0,5% przypadków). Takie sytuacje grożą niepowodzeniem metod wspomaganego rozrodu (szczególnie ICSI), ale także ryzykiem odziedziczenia aberracji przez syna (np. w przypadku delecji na chromosomie Y), a tym samym podobnych problemów rozrodczych w następnym pokoleniu. Ocenę kariotypu przeprowadza się również u kobiet, u których za problemami rozrodczymi także mogą się kryć aberracje chromosomowe. Analiza molekularna Region AZF chromosomu Y - w długim ramieniu chromosomu Y znajduje się region AZF (ang. azoospermia factor). Delecje w tym regionie prowadzą do zaburzeń spermatogenezy (geny leżące w tym regionie biorą udział w różnych etapach tego procesu) i w efekcie do problemów 4
rozrodczych. Region AZF został podzielony na trzy podregiony (w każdym z nich leżą geny związane z procesem tworzenia gamet): AZFa, AZFb, AZFc, a w ostatnim czasie opisano również region AZFd, leżący pomiędzy regionem AZFb i AZFc. Delecje w tych regionach prowadzą, albo do całkowitego zahamowania procesu spermatogenezy lub do zaburzeń prowadzących do znacznego obniżenia płodności. Mutacje w genie CFTR u pacjentów z mukowiscydozą i mutacjami w genie CFTR stwierdza się obustronny brak przewodów wyprowadzających nasienie (CBAVD), prowadzący do niepłodności. CBVD może być także jedynym objawem mutacji w genie CFTR (objawy mogą występować nawet, jeśli mamy do czynienia z mutacją tylko w jednym allelu 42%-47% przypadków). Podwyższoną częstość występowania mutacji w tym genie stwierdzono również u mężczyzn z azoospermią, u których nie stwierdzono jednak CBAVD, stąd też badania w kierunku mutacji w genie CFTR należy wykonywać także w takich przypadkach. Ujawnienie takiej mutacji u mężczyzny wymaga analizy molekularnej w tym samym genie u partnerki, w celu wykluczenia u niej nosicielstwa mutacji i wysokiego ryzyka urodzenia dziecka z mukowiscydozą. Badania genetyczne, w przypadku par zakwalifikowanych do metod wspomaganego rozrodu (szczególnie ISCI), powinny być zawsze przeprowadzane, gdyż pozwala to na określenie ryzyka genetycznego, które może mieć bezpośredni wpływ nie tylko na niepowodzenie stosowanych metod wspomaganego zapłodnienia, ale także może ujawnić ryzyko wystąpienia genetycznej patologii u potomstwa. Opieką poradni genetycznej powinny zostać objęte pary, u których stwierdzono jedną z niżej wymienionych sytuacji klinicznych: Wystąpiły dwa lub więcej poronienia samoistne (także w przypadku, jeśli były wcześniejsze ciąże zakończone powodzeniem lub martwy poród). Pomimo podejmowanych prób stwierdza się brak ciąży. Urodzenie martwego dziecka (szczególnie z wadami rozwojowymi). Niepowodzenia ciążowe kwalifikujące do metod wspomaganego rozrodu. Algorytm postępowania w przypadku par z niepowodzeniami rozrodu Wywiad dotyczący stanu zdrowia obojga partnerów (choroby przewlekłe, wady rozwojowe, choroby genetyczne). Ocena fenotypu partnerów. Wywiad rodzinny, wykreślenie i analiza rodowodu (ze szczególnym uwzględnieniem niepowodzeń rozrodu, urodzeń dzieci z wadami, zgonów w okresie perinatalnym). Badanie kariotypu z limfocytów krwi obwodowej zawsze u obojga partnerów!!! Konieczna jest wysoka rozdzielczość badania. Badania molekularne w kierunku mutacji w określonych genach związanych z zaburzeniami płodności (jeśli istnieje uzasadnione ryzyko ich występowania). Ostrożna i zindywidualizowana interpretacja wyników, uwzględniająca dane z analizy rodowodu. Udzielenie adekwatnej porady genetycznej. Wydanie karty informacyjnej podsumowującej wyniki badań w konfrontacji z bieżącym piśmiennictwem 5