Causas genéticas de la infertilidad masculina. *Dr. Marco Antonio Zapata Loera, **Dr. Rafael Martínez Montelongo.

Transcripción

1 Causas genéticas de la infertilidad masculina. *Dr. Marco Antonio Zapata Loera, **Dr. Rafael Martínez Montelongo. Los problemas de infertilidad afectan al 15% de las parejas y el factor masculino contribuye con un 50% como causa de infertilidad; a su vez las anormalidades genéticas representan el 15 a 30% de estos casos. Este tipo de causas tienen intervención en varios procesos fisiológicos, que incluyen la homeostasis hormonal, la espermatogénesis y en la calidad espermática, por lo tanto, se requiere un entendimiento de las bases genéticas responsables de la falla en reproducción, para realizar el manejo adecuado e integral de estas parejas infértiles (1). Con el advenimiento de las terapias de reproducción asistida (TRA) se realiza un mayor énfasis a los clínicos en reconocer la importancia que la genética juega en los casos de parejas infértiles por factor masculino, debido a que existen nuevas tecnologías, como la inyección intracitoplasmatica de esperma (ICSI) la cual en varones con una calidad espermática disminuida permite seleccionar un espermatozoide que pueda producir un cigoto viable. *Biología de la Reproducción, Centro de Fertilidad IECH, Monterrey, Nuevo León. ** Urología General y Andrología, Centro de Fertilidad IECH, Monterrey, Nuevo León. Debido a que las TRA, fertilización in vitro (FIV) e ICSI son procedimientos relativamente nuevos, la frecuencia de la herencia de mutaciones a través de estos procedimientos y su impacto en las generaciones futuras no han sido esclarecidas completamente (2). Algunos andrólogos han expresado su preocupación en ocultar los defectos que pueden heredarse y tener consecuencias negativas a nivel epigenético, aunque definitivamente en la actualidad aún no existe la evidencia de trastornos asociados con estos procedimientos. CAUSAS GENÉTICAS Anormalidades cromosómicas Las anomalías cromosómicas representan aproximadamente el 5% de los casos de infertilidad en los varones, y la prevalencia aumenta a 15% en la población de los varones con azoospermia. Las anomalías del cromosoma Y, como las deleciones, son la principal causa de casos severos de oligozoospermia y azoospermia (3). Por lo tanto, los errores en los cromosomas son un área pertinente de la investigación para determinar el papel de la genética en la infertilidad por factor masculino. En la Tabla 1 se proporciona una referencia rápida de las anomalías que discutiremos en los párrafos siguientes. 1

2 Tabla 1. Fenotipos y prevalencia de anormalidades cromosómicas asociadas a factor masculino. Anormalidad genética Fenotipo Prevalencia % Anormalidades Azoospermia a normozoospermia 5 (población); 15 (azoospermia) cromosómicas Sx. Klinefelter Azoospermia a oligozoospermia severa 5 (oligozoospermia severa); 10 (azoospermia) Translocaciones Robertosianas Azoospermia a normozoospermia 0.8 (población total infértil); 1.6 (oligozoospermico); 0.09 (azoospermico) Microdeleciones cromosoma Y Azoospemria a oligozoospermia (azoospermia); 5-10 (oligozoospemria) Deleción AZFa Azoospermia. Sx. Células de Sertoli Deleción AZFb Azoospermia. Arresto de la espermatogénesis Deleción AZFc Olligozoospermia severa a 6-12 azoospermia no obstructiva Deleciones parciales de Azoospermia a normozoopermia 3-5 AZFc O Flynn O Brien. Genetic causes of MF infertility. Fertil Steril La aneuploidía (número incorrecto de cromosomas), es el error más común, resultante de anomalías cromosómicas en varones infértiles. Los hombres con azoospermia no obstructiva tienen en particular una incidencia alta de aneuploidía, principalmente en sus cromosomas sexuales. A pesar de que los espermatozoides aneuploides tienen una cantidad alterada de material genético, en ocasiones se puede fertilizar con éxito el ovocito y transmitir un número de cromosomas correctos a su descendencia (4). El síndrome de Klinefelter, la anormalidad cromosómica más común causada por la aneuploidía, tiene una prevalencia del 5% en los hombres con oligozoospermia severa y 10% en hombres con azoospermia. El síndrome generalmente provoca la detención de la espermatogénesis en etapa de espermatocíto primario. Hay dos formas de síndrome de Klinefelter: el puro, 47, XXY, y el mosaico, 47, XXY / 46, XY. Aunque antes se creía que estos pacientes eran estériles, se ha estimado que el 25% de los Klinefelter mosaicos tienen espermatozoides en su semen. Estos pacientes pueden lograr un embarazo con ICSI, pero corren el riesgo de transmitir a su descendencia este tipo de anomalías cromosómicas. A pesar de ello, algunos estudios han producido resultados exitosos con pacientes no mosaicos e ICSI. Se recomienda que el diagnóstico genético preimplantacional (DGP) se realize antes de TRA para asegurar que la descendencia no es aneuploide (5). Las translocaciones cromosómicas son una fuente adicional de aneuploidía, debido a que los desplazamientos de material genético conducen a corromper la información genética. Se observa una mayor probabilidad de translocaciones autosómicas 4-10 veces mayor en varones infértiles que en los sanos. Las translocaciones Robertsonianas (las cuales se producen cuando dos cromosomas acrocéntricos se fusionan) son las anomalías cromosómicas 2

3 estructurales más frecuentes en los seres humanos, y afectan la fertilidad en uno de cada hombres. La prevalencia de las translocaciones Robertsonianas es de 0,8% en hombres infértiles, esta cifra es 9 veces mayor que en la población general (4). Las translocaciones producen una variedad de fenotipos respecto a la producción de esperma, desde una espermatogénesis normal a una incapacidad para producir espermatogonias. Este tipo de translocaciones son más comunes en hombres con oligospermia y azoospermia, con tasas del 1,6% y 0.09%, respectivamente. Los portadores de translocaciones Robertsonianas pueden presentar un fenotipo normal y ser infértiles debido una falta de producción de gametos. Debido al riesgo de transmitir este tipo de translocaciones a la descendencia, se recomienda realizar hibridación fluorescente in situ, para determinar la composición cromosómica de los espermatozoides. Cromosoma Y. El cromosoma Y es un área de interés en el estudio de la infertilidad masculina, debido a que contiene muchos de los genes que son críticos para la espermatogénesis y el desarrollo de las gónadas masculinas. Las variaciones en el cromosoma Y, y la presencia de deleciones de grandes segmentos de los cromosomas involucra múltiples genes que ocasionan que sea difícil determinar la causa exacta de ciertos fenotipos infértiles. Por otra parte, el mismo fenotipo puede ser producido por varias deleciones o mutaciones diferentes. Las microdeleciones del cromosoma y son una causa frecuente de infertilidad. La microdeleción se define como una deleción cromosómica que se extiende por varios genes, pero no es lo suficientemente grande para ser detectada mediante métodos citogéneticos convencionales. Los estudios han revelado que las microdeleciones son más frecuentes en los hombres con azoospermia, alcanzando una prevalencia de 10% a 15%, en el caso de hombres oligozoospermicos, la prevalencia es de 5% a 10% (6). Es esencial tener en cuenta que cuando se considera la TRA, las microdeleciones siempre se transmiten del hombre a su descendencia, ya que la fertilización y las tasas de embarazo no se ven afectados cuando se realiza el ICSI. Las microdeleciones ocurren con más frecuencia en el brazo largo del cromosoma Y (Yq) y la supresión en esta región se relaciona específicamente con el fracaso de la espermatogénesis. Un área particular de intereses sobre Yq es la región del factor de azoospermia (denominada región AZF) que contiene genes implicados en el crecimiento y desarrollo de espermatozoides. La región AZF contiene tres subregiones: AZFa, AZFb, y AZFc. Las aberraciones más comunes se observan en las zonas AZFb y AZFc, las cuales producen una amplia gama de fenotipos infértiles. La figura 1 muestra las diferentes regiones AZF del cromosoma Y. Región AZFa. Los genes principales ubicados en la 3

4 región AZFa son el USP9Y y el DBY (también llamado DDX3Y). Las deleciones en esta región, que incluyen ambos genes causan el síndrome de solo células de Sertoli, la cual se caracteriza por la presencia de células de Sertoli en los testículos, pero sin la producción de espermatozoides. El gen DBY, es considerado como el gen principal de la región AZFa, debido a que tiene un papel importante en la fertilidad por su implicación en el desarrollo de células premeioticas; este gen se localiza en el testículo. Otro de los genes relacionado en procesos de espermatogénesis es el USP9Y, el cual causa oligozoospermia, oligoastenozoospermia y azoospermia al eliminarse o acortarse de la secuencia génica. Región AZFb. Las deleciones de la región AZFb ocasionan el arresto de la espermatogenesis en etapa de espermatocito primario, lo cual indica que es una región esencial para los procesos de fertilidad. El principal gen ubicado en esta región es el RBMY, y existen 6 copias localizadas en el cromosoma Y. EL gen RBMY1 codifica para una proteína de RNA la cual es un factor expresado en el núcleo de la espermatogonia, espermatocito y espermatides. Se ha encontrado en pacientes azoospermicos una disminución en la expresión de este gen. La familia de genes PRY también se encuentra en esta región, y está relacionado con la regulación de apoptosis, proceso encargado de la remoción de espermas anormales durante el proceso de espermatogénesis. En los pacientes en los cuales existe una ausencia de todos los genes en esta región, con excepción de los genes RBMY y PRY, se produce una hipoespermatogenesis, sin embargo, si ambos genes están ausente se presenta un arresto completo de la espermatogénesis. Región AZFc. Las deleciones de la región AZFc producen una amplia variedad de fenotipos, muchos de los cuales están asociados con concentraciones espermáticas bajas debido a la disminución de la espermatogénesis. Estas deleciones causan aproximadamente el 12% de las causas de azoospermia no obstructiva y el 6% de oligozoospermia severa. Existen además errores más pequeños considerados como subdeleciones que pueden llegar a producir recombinaciones dentro de los cromosomas. Las tres más frecuentes son gr/gr, b1/b3 y g1/g3. La subdeleción gr/gr consiste en la recombinación de la mitad de la región AZFc y es considerada un factor de riesgo para la perdida completa de la espermatogénesis (7). El gen DAZ es otro de los genes implicados en la espermatogénesis, y existen cuatro copias de este en el cromosoma Y. Las funciones en la cuales se encuentra implicado incluyen la codificación de proteínas de RNA de células germinales, control de la meiosis y producción de células germinales primordiales. La deleción de este gen causa un espectro de fenotipos que van de la oligozoospermia a la azoospermia (4). 4

5 Figura 1. Imagen del cromosoma Y, mostrando las regiones AZF y los genes asociados. O Flynn O Brien. Genetic causes of MF infertility. Fertil Steril Otros genes de relevancia son el CDY, localizado en el brazo largo del cromosoma Y (Yq), el cual se encuentra envuelto en el proceso del reemplazo de histonas durante la espermatogénesis. Otro gen localizado en brazo corto (Yp) es el TSPY el cual actúa como temporizador durante la espermatogénesis, dando la señal a la espermatogonia para iniciar la división meiotica (6). Mutaciones y polimorfismos de los genes autosómicos Muchos genes autosómicos son investigados por su posible rol en la infertilidad masculina. El gen CTFR, localizado en el cromosoma 7 se encuentra mutado en el 60 a 90% de los casos de ausencia congénita bilateral de vasos deferentes (CBAVD, por sus siglas en ingles), la cual consiste en una azoospermia de tipo obstructiva por la falta de conexión entre el epidídimo y el conducto eyaculador. La mutación más común es la F508del, encontrada en un 60 a 70% de los pacientes con este diagnóstico. El ICSI es un tratamiento adecuado para estos pacientes, siempre y cuando la pareja no tenga esta mutación en su cromosoma 7, por lo que se deberá considerar el uso de PGD para evitar la transmisión a du descendencia. La globulina fijadora de hormonas sexuales (SHBG, por sus siglas en inglés) localizada en el cromosoma 17, tiene un papel en la liberación y control de la concentración de andrógenos en el testículo, los cuales tienen un rol en la diferenciación sexual y en el proceso de espermatogénesis. Otros genes autosómicos relacionados son el ESR1 y ESR2, genes relacionado con el receptor de estrógenos, localizados en el cromosoma 6 y 14 respectivamente. La alteración del gen ESR1 se ha relacionado con casos severos de oligozoospermia, en el caso del ESR2 se ha relacionado con criptorquidia (4). 5

6 Tabla 2. Genes del cromosoma Y relacionados a la infertilidad masculina. Gene Localización Razones para investigar USP9Y AZFa Espermatogénesis. Acortamiento o deleción causa. oligozoospermia u oligoastenozoospermia. DBY AZFa Desarrollo de células germinales premeioticas. RBMY AZFb Expresión reducida en hombres azoospermicos. PRY AZFb Regulación de la apoptosis. DAZ AZFc Regulación de meiosis, traslación y producción de células germinales. CDY Yq Relacionado con el remplazo de histonas. TSPY Yp Función como temporizador de la espermatogénesis. O Flynn O Brien. Genetic causes of MF infertility. Fertil Steril Genes ligados a cromosoma X. Muchos genes ligados al cromosoma X se expresan en el testículo y es obvio pensar su relación en el proceso de gametogénesis. El gen del receptor de andrógenos (AR) se localiza en el brazo largo del cromosoma X, este gen tiene un papel en la meiosis y en la conversión de espermatocitos a espermatidas. Se reporta una incidencia de mutaciones del gen AR de 2% en hombres infértiles comparado con el resto de la población. La mutación conduce a un síndrome de insensibilidad a los andrógenos así como al síndrome de Kennedy, el cual consiste en un desorden neurodegenerativo caracterizado por anormalidades en la espermatogénesis. El gen USP 26, se localiza en el brazo largo del cromosoma X, y tiene su expresión durante las fases preliminares de la espermatogénesis, envuelto en el recambio de histonas y en la reformación de proteínas. No se ha definido con claridad, pero se observó una relación entre este gen y la infertilidad (4). El síndrome de Kallman (SK) es otra condición ligada a alteraciones de tipo genético que ocasiona infertilidad en varones y que su componente principal puede tener origen autosómico y ligado a cromosoma X. Las características clínicas incluyen un hipogonadismo hipogonadotrópico idiopático (IHH) combinado con anosmia o hiposmia. El desorden es causado por un defecto en la migración de las neuronas de GnRH. El IHH se caracteriza por un descenso en los niveles de esteroides sexuales en combinación con niveles bajos de FSH y LH. Los varones con este síndrome pueden tener un IHH completo e incompleto, lo cual lleva a una afección amplia en el desarrollo sexual. La ausencia de esteroides sexuales lleva a una inhibición del desarrollo sexual y de la espermatogénesis. Además pueden desarrollar alteraciones cognitivas, anormalidades oculares, paladar hendido y agenesia renal. Los genes relacionados a esta entidad son el KAL1 (KS 1 secuencia) localizada en el brazo corto 6

7 del cromosoma X y el FGR1 (Receptor del factor de crecimiento de fibroblasto 1) localizado en el cromosoma 8. El KAL1 es encargado de la de migración de las neuronas productoras de GnRH y la mutación de este gen es responsable del 30 a 70% del SK en los pacientes. La deleción del cromosoma 8 causa anosmia o hiposmia características del SK (8). Tecnologías Novel Al adoptarse un acercamiento global en el estudio de los genes novel se permite tener un entendimiento mejor de la interacción entre la genética y la fertilidad, así como de descubrir genes con roles desconocidos pero ligados a la infertilidad. El análisis de genómica puede ser usado para determinar diferentes genes de transcripción, así como usarse para estudiar el efecto de las hormonas o los factores de crecimiento en los perfiles de expresión génica. La desventaja de la genómica es que la expresión génica puede variar entre dos muestras y los varones infértiles pueden tener grupos de genes de expresión que son difíciles de detectar usando microensayos (9). La proteómica permite determinar la expresión de perfiles de hombres fértiles e infértiles, mediante la identificación de proteínas con electroforesis de dos dimensiones así como técnicas de espectrofotometría de masa, los resultados son usados para crear mapas del proteoma. Los espermatozoides son ideales para el estudio de la expresión de proteínas porque ellos no tienen una transcripción o traslación activa. La metabolomica es otra área de investigación de la infertilidad del varón, la cual consiste en medir la expresión de los metabolitos, biomarcadores que indican el funcionamiento de la célula y los cuales también pueden ser usados para distinguir ciertas enfermedades. Lo métodos empleados para realizar estos estudios incluyen la espectrofotometría de masa, espectroscopía por resonancia magnética nuclear y otros métodos cromatográficos para crear los perfiles de metabolitos (10). Conclusiones En base a lo discutido anteriormente es evidente un progreso en la identificación de los genes candidatos o con sospecha para el desarrollo de un factor de infertilidad en los varones. Desafortunadamente las aplicaciones clínicas relevantes de estos descubrimientos no han sido igual de impactantes; adicionado a esto se observan hallazgos individuales de algunos estudios y del amplio complejo de etnias que complica el análisis del rol de cada uno de los genes. En futuros estudios, los investigadores deberán limitarse a realizar estudios en base a fenotipos y síntomas característicos asociados, es decir, deberán conducir estudios que solo incuyan, ya sea, varones con azoospermia o con oligozoospermia, siempre y cuando se esté estudiando la misma mutación, todo esto con el objetivo de eliminar factores de confusión. 7

8 A pesar de lo comentado las investigaciones actuales sugieren que la transmisión de la información genética o epigenética es esencial para la infertilidad. Mediante esta información, los clínicos deberán ser capaces de tratar a los pacientes y tomar decisiones informadas sobre el uso de tratamientos de reproducción asistida. Referencias 1. Wolfgang K, Eberhard S, et al. Genetics of male subfertility: consequences for the clinical work-up. Hum Reprod 1999; 14: Palermo GD, Colombero LT, et al. Chromosome analysis of epididymal and testicular sperm in azoospermic patients undergoing ICSI. Hum Reprod 2002;17: G.R. Dohle, D.J. Halley, et al. Genetic risk factors in infertile men with severe oligozoospermia and azoospermia. Hum Reprod 2002; 17, Katherine L, O Flynn O Brien, et al. The genetic causes of male infertility: A review. Fertil and Steril 2010; 93: Ron-El R, Strassburger D, et al. A 47, XXY fetus conceived after ICSI of spermatozoa from a patient with non-mosaic Klinefelter s syndrome: case report. Hum Reprod 2000; 15: Sherman J. Silber. The Y chromosome in the era of intracytoplasmic sperm injection: a personal review. Fertil Steril 2011; 95: Hucklenbroich K, Gromoll J, et al. Partial deletion in the AZFc region of the Y chromosome occur in men with impaired as well as normal spermatogenesis. Hum Reprod 2005; 71: Ning Xu, Hyung-goo K, et al. Nasal embryonic LHRH factor (NELF) mutations in patients with normosmic hypogonadotropic hypogonadism and Kallmann syndrome. Fertil and Steril 2011; 95: K. AittomaEki, B. Wennerholm, et al. Should ICSI patients have genetic testing before treatment? A practical proposition to help patient information. Hum Reprod 2004; 19: Jason R, Kovac M, et al. The use of genomics, proteomics, and metabolomics in identifying biomarkers of male infertility. Fertil and Steril 2013; 99: