W gabinecie lekarza specjalisty. Ginekologia i położnictwo. Genetyka w ginekologii i położnictwie. Wybrane zagadnienia - ebook

Słowo wstępne

Szanowni Państwo!

Trzeci numer z cyklu „W gabinecie lekarza specjalisty”, skierowany przede wszystkim do praktykujących położników-ginekologów i genetyków klinicznych, a także do lekarzy w trakcie szkolenia specjalizacyjnego w ww. dziedzinach, jest poświęcony najważniejszym problemom genetycznym w położnictwie i ginekologii.

Diagnostyka genetyczna odgrywa coraz większą rolę we wszystkich klinicznych dziedzinach medycyny, dlatego znajomość podstaw genetyki oraz zasad kierowania na badania i poradnictwa genetycznego jest niezbędna każdemu lekarzowi. Tym bardziej, że w Kodeksie Etyki Lekarskiej zawarte jest: „Lekarz ma obowiązek zapoznać pacjentów z możliwościami współczesnej genetyki lekarskiej (…)”.

Genetyka jest czasami postrzegana przez praktykujących lekarzy jako dziedzina zawiła i niezrozumiała – niesłusznie. Podstawy teoretyczne zagadnień genetycznych zostały ujęte w praktyczny i bardzo przystępny sposób, dlatego publikacja, którą trzymają Państwo w rękach, stanowi cenne źródło wiedzy także dla lekarzy kształcących się w zakresie nadspecjalizacji z perinatologii, endokrynologii ginekologicznej i medycyny rozrodu oraz ginekologii onkologicznej, którzy w swojej praktyce zawodowej spotykają się z omawianymi zagadnieniami.

Do współpracy zaprosiłem wielu cenionych specjalistów w swoich dziedzinach, o uznanym dorobku naukowym i dydaktycznym. Prof. ICZMP Lucjusz Jakubowski omówił zaburzenia różnicowania cech płciowych, obowiązujące zasady nomenklatury nieprawidłowości rozwoju i funkcji układu rozrodczego, determinację i różnicowanie się cech płciowych, rozwój pierwotnej gonady, zależności hormonalne rzutujące na rozwój cech płciowych oraz prawidłowy rozwój narządów płciowych wewnętrznych i zewnętrznych.

Dzięki współpracy położnika, perinatologa i specjalisty medycyny rozrodu – prof. Piotra Laudańskiego oraz genetyka klinicznego – dr n. med. Renaty Posmyk – powstał rozdział dotyczący genetycznych uwarunkowań przyczyn niepłodności u kobiet i mężczyzn oraz poronień nawracających, roli aberracji chromosomowych, w tym nosicielstwa zrównoważonych rearanżacji chromosomowych, mikrodelecji i mutacji pojedynczych genów, zalecanych badań genetycznych i zasad poradnictwa w niepłodności i niepowodzeniach rozrodu, wykorzystania diagnostyki przedimplantacyjnej w in vitro, badań genetycznych materiału po poronieniu oraz roli polimorfizmów genów w trombofilii wrodzonej.

Dr n. med. Beata Nowakowska przystępnie i wyczerpująco przedstawiła badania cytogenetyczne w diagnostyce prenatalnej, w tym klasyczną ocenę kariotypu, techniki szybkiej detekcji aneuploidii (FISH, MLPA, QF-PCR, BoBs) oraz technikę mikromacierzy, która dostarcza nieporównywalnie więcej informacji dotyczących chorób genetycznych płodu niż dotychczas stosowane metody.

W kolejnym rozdziale omówiłem nieinwazyjną i inwazyjną diagnostykę prenatalną – rodzaje testów przesiewowych ze szczególnym uwzględnieniem testu złożonego i oceny wolnego płodowego DNA, wskazania, sposób ich wykonania, zasady poprawnej interpretacji i poradnictwa genetycznego, implikacje kliniczne, odmienności w wykonywaniu badań przesiewowych w ciążach bliźniaczych, wskazania i zasady kwalifikacji do diagnostyki inwazyjnej.

Dr hab. n. med. Agata Filip podjęła się niełatwego zadania przybliżenia Czytelnikowi zagadnień związanych z genetyką raka piersi i nowotworów ginekologicznych, zespołów wysokiej predyspozycji do wystąpienia raka piersi i nowotworów ginekologicznych, mutacji BRCA1 i BRCA2, biologii nowotworów BRCA-zależnych w kontekście terapii, zjawiska syntetycznej letalności, zaleceń postępowania w zespołach BRCA1/BRCA2 oraz badań paneli wielogenowych w zespołach zwiększonej predyspozycji zgodnie z zaleceniami NCCN 2018.

Życzę przyjemnej lektury.

Prof. dr hab. n. med. Piotr WęgrzynZaburzenia różnicowania cech płciowych Lucjusz Jakubowski

WSTĘP

Zasadniczym zadaniem układu płciowego jest zapewnienie możliwości posiadania zdrowego i zdolnego do dalszego rozrodu potomstwa. Jest to podstawa utrzymania ciągłości gatunku i – jak w całym świecie ożywionym – dotyczy również człowieka jako gatunku Homo sapiens. Także z tego powodu układ płciowy określany jest alternatywnie mianem układu rozrodczego, choć de facto prawidłowe jego funkcje wykraczają poza zadania istotne wyłącznie dla prokreacji. Warto podkreślić, że aktywność hormonalna gonad jest ważna z punktu widzenia powstawania w nich i dojrzewania komórek płciowych (gamet). Jednak równie istotne znaczenie ma w okresie prenatalnym – dla prawidłowo przebiegających procesów różnicowania się narządów płciowych, jak również w życiu postnatalnym, zwłaszcza w okresie pokwitania, gdy dochodzi do zmian hormonalnych decydujących o sprawności funkcjonalnej układu rozrodczego. Niezależnie od tego czynność hormonalna gonad jest niezwykle istotna dla naszego rozwoju psychosomatycznego. Na etapie wczesnej embriogenezy jest ona jednym z czynników wpływających na przyszłą orientację seksualną. W czasie pokwitania hormony płciowe wpływają na rozwój fizyczny oraz na psychiczną dojrzałość do sprawowania opieki nad potomstwem. W rzeczywistości mają jednak szersze znaczenie dla funkcjonowania organizmu człowieka przez cały okres jego życia, wpływając na jego ogólną wydolność, profil emocjonalny i cechy charakterologiczne, seksualność, ryzyko występowania zaburzeń czynnościowych oraz chorób w zakresie innych układów.

OBOWIĄZUJĄCE ZASADY NOMENKLATURY NIEPRAWIDŁOWOŚCI ROZWOJU I FUNKCJI UKŁADU ROZRODCZEGO

Współczesny podział zaburzeń determinacji gonady i nieprawidłowości rozwojowych narządów płciowych przedstawiono w tabeli 1. Celem jego opracowania było uwzględnienie rzeczywistej patogenezy stwierdzanych zaburzeń oraz uniknięcie sformułowań pejoratywnych w szczególnie delikatnej sferze życia człowieka, jakim jest rozwój płciowy oraz sprawność funkcjonalna układu rozrodczego w zakresie możliwości posiadania potomstwa . Warto podkreślić, że jednym z głównych kryteriów tego podziału jest kariotyp. Należy unikać traktowania objawów chorobowych jako rozpoznania klinicznego. Szczególnym przykładem są rozpoznania obojnactwa rzekomego męskiego i żeńskiego. Nowe nazewnictwo określa te stany odpowiednio mianem 46,XY DSD i 46,XX DSD. Dawniejsze pojęcie pseudohermafrodytyzmu męskiego (kariotyp 46,XY) zewnętrznego (niepełna maskulinizacja lub wady rozwojowe zewnętrznych narządów płciowych) mogło dotyczyć przypadków niedoboru 5-α-reduktazy, niektórych typów aberracji chromosomowych, zwłaszcza chromosomów płciowych, często także w układach mozaikowych, niekompletnych postaci zespołu niewrażliwości na androgeny (PAIS) wybranych typów wrodzonych defektów steroidogenezy itp. Przypadki 46,XX DSD lub 46,XY DSD wymagają zatem starannego postępowania różnicującego.

TABELA 1.

Obowiązujące zasady nomenklatury nieprawidłowości rozwoju płciowego

Nowa nomenklatura

Dotychczasowe nazewnictwo

Potencjalne przyczyny i możliwości diagnostyczne

Warianty lub cechy kliniczne

DSD

Disorders of sex development

Nieprawidłowości determinacji gonad i rozwoju narządów płciowych

Intersex

„międzypłciowość”, „obojnactwo”,

niesprecyzowane cechy płciowe

1. We wszystkich przypadkach badanie kariotypu

2. Profil steroidowy w moczu, zwłaszcza u małych dzieci przed podjęciem decyzji dotyczących określenie płci fenotypowej i metrykalnej

3. Ocena czynności hormonalnej gonad, z uwzględnieniem AMH

4. Diagnostyka obrazowa z uwzględnieniem rezonansu magnetycznego w badaniu narządów miednicy mniejszej

5. Konsultacja i opinia wielospecjalistycznego zespołu lekarskiego i diagnostycznego

6. poradnictwo genetyczne

Szerokie spektrum cech fenotypowych od fenotypu męskiego po żeński, z szeregiem możliwych zaburzeń rozwojowych układowych oraz izolowanych wad rozwojowych, z mogącymi towarzyszyć zaburzeniami i wadami rozwojowymi w zakresie innych układów i narządów, niezależnie od tego, co jest pierwotną, a co wtórną przyczyną nieprawidłowości w rozwoju i funkcji układu płciowego. W tym: wady układu moczowego, wady układu kostnego, wady sercowo naczyniowe, zaburzenia neurologiczne i inne

46,XY DSD

DSD w skojarzeniu z kariotypem 46,XY

Male pseudohermaphrodite, undervirilization of an XY male, undermasculinization of an XY male

Obojnactwo rzekome męskie, niepełna wirylizacja u mężczyn XY, niepełna maskulinizacja u mężczyzn XY

1. Konieczna diagnostyka cytogenetyczna; możliwe też kariotypy 45,X/46,XY z szerokim spektrum cech fenotypowych; możliwe aberracje strukturalne chromosomu Y SRY (+)

2. Diagnostyka pod kątem zaburzeń syntezy androgenów:

• aplazja lub hipoplazja komórek Leydiga

• wrodzony lipidowy przerost nadnerczy (udział genów STAR; CYP11A)

• niedobór 17α-hydroksylazy/17,20-liazy (CYP17A1)

• niedobór dehydrogenazy 3β-hydroksysteroidowej 2 (HSD3B2)

• niedobór dehydrogenazy 17β-hydroksysteroidowej (HSD17B3)

• niedobór 5α-reduktazy 2 (SRD5A2)

• niedobór oksydoreduktazy P450 (POR)

• zespoły Smitha, Lemlego i Opitza (DHCR7)

3. Diagnostyka pod kątem zaburzeń działania androgenów:

• zespół niewrażliwości na androgeny (AR) – szczególnie PAIS; patrz poniżej

• działanie leków i czynników środowiskowych

4. Diagnostyka molekularna wymienionych ww. genów oraz innych wiązanych z 46,XY DSD (np. delecje WWOX)

• Przetrwałe przewody Müllera (AMH i AMHR)

• Zanik/atrofia jąder

• Wrodzony HH (DAX1)

• Wnętrostwo (INSL3, GREAT)

• Izolowane spodziectwo (CXorf6)

• Zespoły związane z nieprawidłowym rozwojem jąder i narządów płciowych

• Niektóre przypadki mieszanej dysgenezji gonad

46,XX DSD

DSD w skojarzeniu z kariotypem 46,XX

Female pseudohermaphrodite, overvirilization of an XX female, masculinization of an XX female

Obojnactwo rzekome żeńskie, nadmierna wirylizacja u kobiet XX, maskulinizacja u kobiet XX

1. Nadmiar androgenów pochodzenia płodowego:

• niedobór 21-hydroksylazy (CYP21A2),

• niedobór dehydrogenazy 3β-hydroksysteroidowej 2 (HSD3B2),

• niedobór 11β-hydroksylazy (CYP11B1),

• niedobór oksydoreduktazy P450 (POR)

2. Nadmiar androgenów pochodzenia płodowo-łożyskowego:

• niedobór aromatazy (CYP19),

• niedobór oksydoreduktazy P450 (POR)

3. Nadmiar androgenów pochodzenia matczynego

• nowotwory o aktywności androgennej,

• leki o działaniu androgennym

• Zespół wrodzonego przerostu (prawidłowo: rozrostu) kory nadnerczy (WPKN) od fenotypu żeńskiego po różnie zaawansowane cechy wirilizacji przy kariotypie 46,XX z V stopniem w skali Pradera włącznie (rozwój moszny i prącia ze spodziectwem lub bez spodziectwa (w mosznie brak gonad – bo są one jajnikami)

• Agenezja struktur kanałów Müllera

• Atrezja pochwy (np. zespół McKusick-Kaufman)

• Nieprawidłowości rozwojowe pochwy (np. MODY5)

• Zrosty warg sromowych

• Niektóre przypadki mieszanej dysgnezji gonad

• Asocjacje z innymi zespołami

ovotesticular DSD

DSD z ovotestis

DSD ze współistniejącymi strukturami jajnika i jądra (wariantowo)

True hermaphrodite

hermafrodyztym prawdziwy

1. Szeroki zakres rozpoznań cytogenetycznych: 46,XY; 46,XX SRY(+); 46,XX SRY(-), 45,X/46,XY, 46,XX/46,XY itp.

2. Konieczna diagnostyka obrazowa gonad oraz wewnętrznych narządów płciowych; w części przypadków konieczna laparoskopia diagnostyczna z ewentualnymi biopsjami gonad

3. Pełna diagnostyka hormonalna osi podwzgórze-przysadka-gonada

4. Diagnostyka molekularna: w części przypadków SRY (-) możliwe duplikacje SOX9, częściowe delecje DMRT1

Jajnik po jednej, jądro po drugiej stronie z jednoimiennymi strukturami wewnętrznych narządów płciowych; lub po obu stronach ovotestis; lub ovotestis po jednej stronie, po drugiej gonada dysgenetyczna; przy przewadze struktur jądra ovotestis może zstąpić do moszny, jeśli ta jest rozwinięta; fenotyp zróżnicowany, zwykle męski lub męski z cechami niepełnej maskulinizacji; niekiedy ginekomastia

Mixed gonadal dysgenesis (MGD)

mieszane dysgenezje gonad

bz.

1. Konieczna diagnostyka cytogenetyczna. Klasycznie MDG wiąże się z mozaikowością 45,X/46,XY

2. Możliwe niemozaikowe kariotypy 46,XY oraz 46,XX ze spektrum zmian molekularnych jak w przypadkach CGD (zaburzenia z pogranicza 46,XX DSD i 46,XY DSD); trudności z wykryciem ew. mozaikowości międzytkankowych

3. W przypadkach bez chromosomu Y z fenotypowymi cechami wirylizacji konieczna diagnostyka molekularna pod kątem ukrytej mozaikowości (hidden mosaicism) oraz diagnostyka hormonalna pod kątem tkanki jądra; niezbędna pełna diagnostyka hormonalna w osi gonada-podwzgórze-przysadka

4. Konieczna diagnostyka obrazowa i/lub uwzględnieniem laparoskopii diagnostycznej

Szerokie spektrum cech fenotypu od żeńskich do męskich, z przypadkami o cechach pośrednich - wirilizacji u dziewcząt i niepełnej maskulinizacji u chłopców

Z reguły po jednej stronie łącznotkankowe pasmo gonady dysgenetycznej, po drugiej cechy morfologiczne zdefiniowanej gonady – najczęściej dysgenetycznego jądra

Obecność linii 45,X warunkuje cechy ZT u K i M

W części przypadków trudna do przewidzenia orientacja seksualna

46,XX testicular DSD

46,XX DSD ze strukturami morfologicznymi jądra

XX male or XX sex reversal

XX mężczyźni i przypadki XX sex reversal („z odwróceniem płci”)

SRY (+) – do 85% przypadków

Niezgodność między cechami fenotypu męskiego a składem XX chromosomów płciowych; w przypadkach SRY(-) zależnych od mutacji genów autosomalnych lub w chromosomie X możliwe spektrum cech fenotypu do XX testicular do XX ovotesticular DSD

SRY(-); duplikacje SOX9 lub leżącym powyżej niego regionie wzmacniającym ekspresję; duplikacje SOX3

46,XY CGD

46,XY complete gonadal dysgenesis

całkowita dysgenezja gonad u kobiet z kariotypem 46,XY

XY sex reversal

„odwrócenie płci” u kobiet XY

Swyer syndrome, zespół Swyera

Mutacje SRY – do 20 % przypadków

Niezgodność między cechami fenotypu żeńskiego a składem XY chromosomów płciowych

SRY (+) bez mutacji; mutacje genów: MAP3K1 (13–18% przypadków), SOX9, NR5A1 (SF1), WT1, duplikacje DAX1 i WNT4; także duplikacje PIPSK1B, PRKACG, FAM189A2, SUPT3H, delecje C2ORF80 (Ostrer, 2014)

46,XX CGD

46,XX complete gonadal dysgenesis

całkowita dysgenezja gonad u kobiet z kariotypem 46,XX

W tym także nadal aktualne pojęcie ovarian dysgenesis

(obustronna) dysgenezja jajników, gdy stwierdzane są elementy morfologiczne jajników

Mutacje genów autosomalnych lub genów w obrębie chromosomu X

W przypadkach rodzinnych możliwe współistnienie 46,XX CGD z POF u innych kobiet w rodzinie

Zespoły zależne od aberracji chromosomów płciowych

Zespół Turnera i jego warianty cytogenetyczne

Monosomia 45 X w ponad 50% przypadków; kariotypy mozaikowe 45,X/46,XX; 45,X/46,XX/47,XXX; większość aberracji strukturalnych chromosomu X

Mozaikowości z grupy 45,X/46,XY SRY(-); także aberracje strukturalne chromosomu Y SRY (–), najczęściej w kariotypie mozaikowym z udziałem 45,X; patrz także tekst

Nawet w grupie 45,X zaleca się wykluczenie ukrytej mozaikowości w zakresie sekwencji specyficznych dla chromosomu Y

Hormonalnie wysokie poziomy gonadotropin – HHG, niski poziom estradiolu, prawidłowe poziomy steroidów nadnerczowych

Niski wzrost

Obustronna dysgenezja gonad, także w części przypadków 45,X/46,XY; obecność sekwencji chromosomu Y, także w przypadkach SRY (–) stanowi o wskazaniach do obustronnej gonadektomii w związku z ryzykiem gonadoblastoma i/lub dysgerminoma

Pierwotny brak miesiączki; cechy hipogonadyzmu hipergonadotropowego; niepłodność

Cechy dysmorfii

Wady nerek, wady układu sercowo-naczyniowego

Zespół Klinefeltera i jego warianty cytogenetyczne

Najczęściej kariotyp 47,XXY, rzadziej 48,XXXY, 49,XXXXY, a także 48,XXYY

Mozaikowości 46,XY/XXY i inne; hormonalnie wysokie poziomy gonadotropin – HHG, obniżone poziomy testosteronu, prawidłowe poziomy steroidów nadnerczowych

Cechy hipogonadyzmu hipergonadotropowego; nieprawidłowe proporcje ciała, stosunkowo wysoki wzrost

Azoospermia w nasieniu; rzadko pojedyncze plemniki; niepłodność; niekiedy ginekomastia

Zespół niewrażliwości na androgeny – szczegóły w tekście; część przypadków PAIS klinicznie klasyfikowana jako 46,XY DSD (jak wyżej)

Genetycznie uwarunkowane postaci hipogonadyzmu hipogonadotropowego i hipergonadotropowego inne niż 46,XX CGD, 46,XY,CGD, 46,XX testicular DSD oraz ovotesticular DSD

Przedwczesne pokwitanie (pubertas praecox),

w tym część przypadków WPKN u chłopców

Opóźnione pokwitanie (pubertas tarda)

W części przypadków zmienna ekspresja w rodzinie od opóźnionego pokwitania po hipogonadyzm hipogonadotropowy u mężczyzn;

u kobiet – linia możliwej ekspresji – opóźnione pokwitanie, hipogonadyzm hipogonadotropowy, POF, 46,XX CGD

Komentarz do Tabeli 1: Szczegółowe informacje dotyczące chromosomowej lokalizacji każdego z genów, ich nazwy, mechanizmu działania, interakcji z innymi genami, skutków klinicznych w przypadkach rearanżacji dostępne na stronie http://www.ncbi.nlm.nih.gov/OMIM. Niezależnie od tego, w wybranej przeglądarce wystarczy wpisać symbol genu + OMIM.

DETERMINACJA I RÓŻNICOWANIE SIĘ CECH PŁCIOWYCH

Na rozwój układu płciowego składa się proces determinacji gonad (sex determination) oraz etap różnicowania się narządów i cech płciowych (sex differentiation). Rozróżnienie tych dwóch zagadnień w słownictwie angielskojęzycznym jest przydatne dla podkreślenia, że zdarzeniem „pierwotnym” jest ukierunkowanie rozwoju gonady w kierunku jądra lub jajnika. Z punktu widzenia rozwoju struktur anatomicznych układu płciowego wszystko, co dzieje się później, jest skutkiem profilu działania hormonalnego gonady, niezależnie od wpływu na ten proces wielu czynników genetycznych oraz endogennych i egzogennych pozagonadalnych czynników hormonalnych mogących zaburzać ten rozwój.

Dominującą linią rozwoju jest ewolucja w kierunku cech męskich, wówczas gdy istnieją w genomie determinanty warunkujące różnicowanie się jądra oraz odpowiedź na jego czynność hormonalną w okresie embriogenezy. Rozwój cech fenotypu żeńskiego stanowi pewnego rodzaju „minimum anatomiczne” zawsze, gdy brakuje sygnału biologicznego determinującego rozwój jąder lub gdy nie jest możliwa odpowiedź na ich czynność androgenną. Najlepszym tego przykładem jest fenotyp żeński, niezależnie od wad rozwojowych wewnętrznych narządów płciowych, w przypadkach zespołu całkowitej niewrażliwości na androgeny – o czym będzie mowa w dalszej części rozdziału.

Determinacja gonady oraz początkowe różnicowanie się struktur narządów płciowych mają miejsce w embrionie, którego długość na tym etapie jego rozwoju wynosi 13–18 mm. W tym czasie następuje interakcja kilkudziesięciu genów wzajemnie wzmacniających lub hamujących swoją ekspresję, aktywnych często jedynie w godzinowych przedziałach czasowych, uczestniczących w szlakach sygnałowych, kodujących czynniki transkrypcyjne, działające często na drodze parakrynnej cząsteczki sygnałowe, czynniki chemotaktyczne itp. Jednocześnie kształtują się zawiązki układu moczowego, a także mechanizmy odległej regulacji funkcji gonad z udziałem układu nerwowego, pozostającego zwrotnie pod wpływem czynności hormonalnej determinującej się gonady. Dla szeroko pojętej morfogenezy duże znaczenie ma również prawidłowa funkcja genów podstawowych. Tłumaczy to wielość różnych stanów chorobowych i zaburzeń rozwojowych dotyczących również struktur anatomicznych i funkcji układu płciowego.

ROZWÓJ PIERWOTNEJ GONADY

Początkowy etap tworzenia się gonady przebiega jednakowo dla obu typów gonad i polega na przemieszczaniu się komórek prapłciowych z okolicy pęcherzyka żółtkowego w kierunku listewki płciowej (grzebienia płciowego wyodrębnionego z grzebienia moczowo-płciowego). Z chwilą zasiedlenia listewki płciowej powstaje niezróżnicowana pierwotna gonada o bipotencjalnych możliwościach determinacji, zarówno w kierunku jądra, jak i jajnika (ryc. 1). Ta możliwość determinacji w obu kierunkach znajduje wyraz również w powstaniu zawiązków obu typów narządów płciowych wewnętrznych – ze śródnerczy i ich przewodów wyodrębniają się ciała i przewody Wolffa mogące różnicować się w kierunku najądrza i nasieniowodów, a wskutek wpuklenia się mezodermalnego nabłonka jamy ciała w boczną ścianę śródnercza powstają kanały Müllera, z których w toku dalszej organogenezy mogą powstać wewnętrzne narządy płciowe żeńskie (jajowody, macica, górny odcinek pochwy). Powstanie pierwotnej gonady jest niezależne od składu chromosomów płciowych w kariotypie. Powodzenie tego procesu zależy od prawidłowej funkcji genów regulujących różnicowanie się komórek prapłciowych, ich zdolność do migracji oraz zachowanie pluripotencjalności wskutek wyciszenia transkrypcji genów specyficznych dla komórek somatycznych . Zanik komórek prapłciowych wskutek mutacji tego typu genów prowadzi do agenezji gonad. Należy również zauważyć, że jeżeli zakłócenia migracji komórek prapłciowych w ich drodze do grzebienia płciowego i ich przetrwanie poza tą strukturą nie zostaną wyeliminowane na drodze apoptozy wskutek podlegania bodźcom niespecyficznym dla miejsca przewidzianej ich lokalizacji, mogą stać się w sporadycznych przypadkach przyczyną nowotworów wywodzących się z komórek zarodkowych, co jest często obserwowane w wieku niemowlęcym i w okresie wczesnego dzieciństwa.

RYCINA 1.

Rozwój układu płciowego.

Niezależnie od komórek prapłciowych, prawidłowy rozwój innych struktur tkankowych składających się na obraz morfologii gonady oraz wewnętrznych narządów płciowych wymaga interakcji wielu genów o charakterze czynników transkrypcyjnych oraz zależnych od nich genów odpowiadających za różnicowanie się określonych komórek i tkanek, na przykład geny EMX2, GATA4, LHX1 (LIM1), LHX9, DMRT1-2. Ich mutacje leżą u podłoża części przypadków agenezji, aplazji lub dysgenezji gonad oraz niektórych wad rozwojowych narządów płciowych, a także odpowiadają za niektóre przypadki niezgodności między cechami fenotypu a składem chromosomów płciowych (w dawnej nomenklaturze określano je pejoratywnie jako sex-reversal). Wśród genów o szerokim spektrum działania (obejmującym również układ płciowy), odpowiedzialnych za część związanych z nim genetycznie uwarunkowanych zespołów chorobowych, nie można pominąć NR5A1 (SF1) i WT1.

Produkt SF1 jest czynnikiem transkrypcyjnym mającym zdolność wiązania się z regionami promotorowymi wielu genów odpowiedzialnych za rozwój gonad, nadnerczy, powstanie funkcjonalnej osi sprzężenia zwrotnego podwzgórze-przysadka-gonada, przebieg steroidogenezy i regulację ekspresji czynnika AMH (anti-Müllerian hormone) w komórkach Sertoliego (współdziała w tym zakresie z genem WT1). Mutacje genu SF1 odpowiadają za szereg przypadków zaburzeń rozwojowych nadnerczy i struktur układu płciowego lub systemów regulacyjnych wpływających na jego funkcję. Gen WT1 najprawdopodobniej wpływa na wczesnym etapie embriogenezy na rozwój tkanek pochodzących m.in. z mezodermy, z której pochodzą także podścielisko pierwotnej gonady, oraz zawiązki nerek. Nie dziwi zatem fakt, że poza zaburzeniami rozwoju gonad zmiany strukturalne WT1 wiążą się z ryzykiem wystąpienia nerczaka zarodkowego (płodowego; nephroblastoma). Ekspresja genów WT1 oraz SF1 ma miejsce mniej więcej w tym samym czasie. Na wczesnym etapie rozwoju pierwotnej gonady aktywność wykazuje również gen CBX2 .

DETERMINACJA GONAD – JĄDRO

Skład chromosomów płciowych zaczyna być istotny dopiero od momentu powstania pierwotnej gonady. Od chwili ustalenia prawidłowego kariotypu człowieka podejrzewano, że w chromosomie Y musi znajdować się czynnik odpowiedzialny za determinację jądra (testis determining factor – TDF). Badania w przypadkach aberracji strukturalnych chromosomu Y doprowadziły do zlokalizowania odpowiadającego wymaganiom formalnym dla TDF genu SRY, w dystalnym fragmencie ramion krótkich chromosomu Y (Yp) (od tej pory TDF = SRY). Gen SRY koduje białko o charakterze czynnika transkrypcyjnego należącego do dużej rodziny spokrewnionych białek określanych jako SOX (SRY – box related). Zakłada się, że udział w aktywacji genu SRY ma SOX9, a SRY zwrotnie wzmacnia ekspresję genu SOX9. W badaniach na modelach komórek zwierzęcych obserwuje się mniej więcej równoczesną ekspresję genów SRY i SOX9 w komórkach prekursorowych dla komórek Sertoliego. Podobny efekt na SOX9 może wywierać SF1. Aktywność SOX9 może być z kolei zablokowana przez gen SOX3 zlokalizowany na ramionach długich chromosomu X (Xq26.3), czemu w warunkach prawidłowych zapobiega gen SRY hamujący ekspresję SOX3. Okazało się jednocześnie, że duplikacje SOX9, na zasadzie dawki genu, mogą prowadzić do różnicowania się jądra przy składzie chromosomów płciowych XX (pacjenci o fenotypie męskim SRY(-), z kariotypem 46,XX). Podobny skutek mogą powodować duplikacje SOX3. Wszystkie te obserwacje doprowadziły do wniosku, że w złożonym układzie regulacyjnym SOX9 jest czynnikiem determinującym jądro, ale w warunkach prawidłowych nie jest to możliwe bez udziału SRY. Istotne znaczenie mają mutacje z zyskaniem (nabyciem) funkcji (gain-of-function) genu MAP3K1, które są jedną z najczęstszych przyczyn 46,XY CGD . Wpływają one nie tylko na szlak sygnałowy genu SOX9, zmniejszając jego ekspresję, ale również na zależną od niego ekspresję genów FGF9 i FGFR2. To przyczynia się do wzrostu aktywności β-kateniny i genu FOXL2 – istotnych dla determinacji jajnika .

Gen SOX9 w komórkach Sertoliego ma w dalszym etapie rozwoju płciowego istotne znaczenie także w procesie aktywacji genu odpowiedzialnego za wydzielanie przez te komórki AMH. Wiadomo też, że mutacje genu SOX9 mogą prowadzić do zaburzeń różnicowania jądra, niezależnie od objawów dysplazji kampomelicznej, gdyż gen ten ulega w wyspecjalizowanych tkankach koekspresji z innymi genami biorącymi udział w chondrogenezie. Co więcej, w różnicowaniu się jądra znaczącą rolę odgrywa gen DAX1 zlokalizowany na ramieniu krótkim chromosomu X. Analogicznie do SF1 stwierdza się jego ekspresję również w podwzgórzu i przysadce. Wspólnym miejscem ekspresji dla DAX1, SOX9 i SRY są komórki prekursorowe dla komórek Sertoliego. Ekspresja SRY i DAX1 ma miejsce nie tylko w tym samym miejscu, lecz także w przybliżeniu w tym samym czasie. Zakłada się, że SRY blokuje gen DAX1, a ten, nie mogąc wówczas hamować funkcji genu SF1, umożliwia mu aktywację SOX9. Duplikacje DAX1 w obrębie regionu DSS (dosage sensitive sex reversal) powodują odwrotny proces – zahamowanie różnicowania jądra u płodów XY. Duplikacje DAX1 prowadzące do jego nadekspresji (efekt dawki genu) mogą zakłócić ten misterny system regulacyjny i nie dopuścić do rozwoju jąder u osobnika o płci chromosomowej XY (efekt odwrotny do duplikacji SOX9). Podobny efekt mogą wywołać duplikacje w regionie p31–p35 chromosomu 1, gdzie zlokalizowany jest gen WNT4. W warunkach prawidłowych jest on także blokowany przez SRY. U płodów XX gen WNT4 oraz inny gen z tej samej rodziny – WNT7 – mają znaczenie dla prawidłowego rozwoju wewnętrznych narządów płciowych żeńskich z kanałów Müllera (ryc. 1).

Wzmożona ekspresja genu SRY jest prawdopodobnie zasadniczym sygnałem, poprzez aktywację genu SOX9, do różnicowania się od około 7. tygodnia ciąży komórek Sertoliego z komórek nabłonkowych grzebienia płciowego oraz przekształcania się pierwotnych sznurów płciowych wnikających do gonady w cewki nasienne. Stosunkowo szybko rozpoczynają one wydzielanie AMH. Innym genem podlegającym ekspresji w różnicujących się komórkach Sertoliego jest DMRT1. Ma to znaczenie dla organizacji kanalików nasiennych. Działa osłonowo na komórki Sertoliego oraz na komórki płciowe, także w życiu postnatalnym. Dla prawidłowego przebiegu spermatogenezy niezbędna jest również aktywność genu DAX1. Fakt, że w regulacji przebiegu spermatogenezy bierze udział również wiele genów autosomalnych, będzie jeszcze podkreślony w dalszej części rozdziału (patrz również tabela 2).

TABELA 2.

Heterogenne przyczyny niepłodności u mężczyzn

Fenotyp

OMIM

Gen

OMIM

Lokalizacja chromosomowa

Spermatogenic failure 1 (SPGF1) forma autosomalna recesywna; mała liczba chiasm podczas mejozy

258150

heterogenna grupa zaburzeń; możliwe zaangażowanie w spermatogenezę nawet ponad 1000 genów

SPGF2, pericentryczne inwersje chromosomu 1

108420

aspermiogenesies factor

inv(1): (p13q25); (p34q23)mat x 2; (p35q21.3); (p32;q12); (p36.3q12)mat; (p32q42); (p31q43)

SPGF3, HLA class II region

azoospermia nieobstrukcyjna (niezaporowa) (AZON)

606766)

6p21.3

SPGF4, u kobiet tendencja do niepowodzeń ciążowych – recurrent pregnancy loss (RPRGL4)

270960

SYCP3

604759

12q23

SPGF5, plemniki o dużych główkach i mnogich witkach

243060

STK13 AURKC

603495

19q13.43

białko receptorowe zaangażowane w separację centrosomów i segregację chromosomów; aktywowane przez progesteron

SPGF6, globozoospermia

102530

SPATA16

609857

3q26.31

SPGF6, globozoospermia?

102530

GOPC

606845

6q22.1

SPGF7, sperm-specific calcium channel; warunkuje prawidłową ruchliwość plemników

612997

CATSPER1

606389

11q13.1

SPGF8, szerokie spektrum cech fenotypowych

613957

NR5A1

184757

9q33

SPGF9, globozoospermia

613958

DPY19L2

613893

12q14.2

SPGFX1, zaburzenia spermatogenezy w sprzężeniu z chromosomem X

305700

zespół samych komórek Sertoliego

SPGFY1, zaburzenia spermatogenezy w sprzężeniu z chromosomem Y, hipospermatogeneza

400042

AZFa (geny USP9Y; DBY; UTY)

(zespół samych komórek Sertoliego, typ 2)

dyskineza rzęsek (CILD1), z zespołem Kartagenera

244400

DNAI1

604366

9p13.3

W 8. tygodniu embriogenezy komórki mezenchymalne stanowiące wspólne źródło dla komórek kory nadnerczy oraz tworzącego się jądra, stymulowane przez komórki prekursorowe dla komórek Sertoliego, również przy współudziale genów SRY i SOX9, rozpoczynają proces proliferacji i różnicowania się w kierunku komórek śródmiąższowych Leydiga. Przypuszcza się, że w tym etapie istotną rolę odgrywa gen DHH (desert hedgehog), kodujący cząsteczki sygnałowe mające znaczenie w morfogenezie wielu tkanek i narządów. Prawidłowe różnicowanie się komórek Leydiga wymaga dodatkowo aktywności receptora dla mającego właściwości mitogenne płytkopochodnego czynnika wzrostu (gen PDGFR) oraz genu ARX . Już na tym etapie, za sprawą aktywności genu STAR, obserwuje się aktywność androgenną powstającego płodowego jądra kodującego jedno z najważniejszych białek regulatorowych w procesie steroidogenezy, genu HSD3B2 odpowiedzialnego za produkcję dehydrogenazy 3β-hydroksysteroidowej oraz składników cytochromu P450scc (gen CYP11A1) i P450c17 (17,20-liaza; gen CYP17A1). Wspólne pochodzenie komórek kory nadnerczy i komórek prekursorowych dla komórek Leydiga sprawia, że na tym etapie na wydzielanie testosteronu może mieć istotny wpływ ACTH. Dopiero w późniejszym etapie różnicowania się komórek Leydiga ich funkcja androgenna zaczyna podlegać wpływom gonadotropiny łożyskowej (hCG), która ma wspólny receptor z LH (LHR). Funkcje hCG przejmuje z czasem LH, od czego, po przekształceniu testosteronu w DHT, zależy prawidłowy rozwój zewnętrznych narządów płciowych męskich, a w późniejszym etapie także zstąpienie jąder. Defekt LHR może w poszczególnych przypadkach powodować niedorozwój cech męskich o różnym stopniu ekspresji fenotypowej – podobnie może to mieć miejsce w przypadkach defektu receptora androgenowego dla DHT lub deficytu 5-α-reduktazy, od której zależy konwersja testosteronu do DHT. Opisywano pacjentów z fenotypem żeńskim z kariotypem 46,XY i defektami LHR .

Determinacji jądra poświęcono nieco więcej uwagi, gdyż proces ten ma kluczowe znaczenie dla rozwoju całego układu płciowego lub występujących w jego zakresie nieprawidłowości anatomicznych.