Poruchy sexuální diferenciace s chybným vývojem gonád: dosud známé zodpovědné geny a výsledný fenotype

Souhrn

Cíl studie:
Studie shrnuje informace o genech zodpovědných za vývoj pohlavních žláz a následně i dalších struktur pohlavního systému u člověka. Popisuje vliv poruch těchto genů na fenotyp jedince.

Typ studie:
Souhrnný článek.

Název a sídlo pracoviště:
Pediatrická klinika FN v Motole a 2. LF UK, Praha.

Předmět a metoda studie:
Uvádíme přehled současných poznatků o genech, které mají vztah k vývoji pohlavního systému. Důraz je kladen na fenotyp pacientů související s jednotlivými genetickými poruchami. Většina dat byla vyhledána na stránkách Pubmed nebo OMIM pod hesly „sex development“ a „sex determination“. Zaměřili jsme se na 10 genů se známým vztahem k vývoji gonád u člověka – SRY, SOX9, SF1, DAX1, WNT4, WT1, DMRT1, DHH, RSPO1, ATRX.

Závěr:
Pohlavní vývoj je složitý proces, na němž se podílí řada genů. Shrnujeme informace o genech, jejichž mutace nebo chybný počet genových kopií narušují vývoj gonád s dopadem na vývoj pohlavních orgánů a výsledný fenotyp jedince. V současnosti lze genetický podklad mnoha poruch určit, což umožňuje zpřesnit diagnózu, dopad na následný pohlavní vývoj a genetická rizika pro další členy rodiny.

Klíčová slova:
sexuální determinace, poruchy sexuální diferenciace, gonády, genové defekty, fenotyp.

ÚVOD

Sexuální diferenciace je složitý proces, kde kladené otázky stále převažují nad odpověďmi. Dnes je známo již několik genů, které u člověka hrají důležitou roli ve vývoji indiferentních gonád a/nebo v jejich následném vývoji v testes nebo ovaria. Na přítomnosti správně vyvinutých pohlavních žláz závisí řádné utváření dalších struktur pohlavního systému.

V tomto přehledovém článku předkládáme informace o deseti genech se vztahem k vývoji gonád a o fenotypu pacientů, kteří nesou poruchy v těchto genech (viz tab. 1).

Historie výzkumu vývoje gonád a genetické pozadí jeho poruch

Od roku 1923 je známa existence dvou typů lidských pohlavních chromozomů, chromozomu X a Y. V roce 1959 bylo potvrzeno, že pohlaví determinuje chromozom Y, v jehož přítomnosti se vyvíjí mužský fenotyp. Na základě případů pacientů s karyotypem 46,XX a mužským fenotypem, u nichž byla odhalena translokace části chromozomu Y, vznikl předpoklad, že na Y chromozomu je uložen gen, působící jako spouštěč vývoje indiferentní gonády ve varle. V roce 1990 byl tento gen identifikován a označen jako SRY (Sex determining Region of the Y chromosome). SRY není ale zdaleka jediným genem nezbytným pro správný vývoj pohlavních žláz [5, 11, 30].

K poruše správného vývoje gonád vedou dva základní genetické mechanismy – (1) genové mutace nebo (2) změny počtu kopií genů ve smyslu duplikace i delece. Porucha vývoje gonád se může vyskytovat izolovaně či s dalšími vrozenými vadami či mentální retardací [1, 8, 21, 29, 30].

U poruch pohlavního vývoje totožná mutace někdy vede k různě těžce vyjádřenému fenotypu. Vysvětlením k tomuto úkazu může být poněkud odlišné genetické pozadí každého jedince a také vliv zevních faktorů [10, 12, 23]. 

GENY SOUVISEJÍCÍ S PORUCHOU GONADÁLNÍHO VÝVOJE A S DSD

SRY (Sex determining Region of the Y chromosome, též TDF, OMIM *480000)

SRY gen na krátkém raménku Y chromozomu je považován za spouštěč vývoje varlete z indiferentní gonády. SRY kóduje transkripční faktor. Jeho ústřední oblast váže a ohýbá DNA. Cílové geny SRY dosud nebyly s jistotou určeny. Patrně mezi ně patří SOX9, jehož exprese ve varleti se expresi SRY genu velice podobá časem i místem [8, 9, 17, 30].

Mutace SRY způsobují čistou či smíšenou dysgenezi gonád. Penetrance mutací není úplná. Byly popsány případy, kde zdravý otec přenesl mutovaný gen na potomka s karyotypem 46,XY a ženským fenotypem [12]. U některých 46,XY jedinců s čistou či parciální dysgenezí gonád byly popsány odchylky v oblastech sousedících s 5’ i 3’ koncem SRY genu [16].

Translokace části Y chromozomu se SRY genem vede u jedinců s karyotypem 46,XX ke vzniku mužského fenotypu nebo pravého hermafroditismu [8].

SOX9 (SRY related HMG box gene 9, OMIM *608160)

Transkripční faktor SOX9 se exprimuje především v embryonální chrupavce a varlatech [21]. Známými cílovými geny v testes jsou SF1, a AMH (gen pro antimülleriánský hormon). Mutace SOX9 ovlivňují schopnost vazby a ohybu DNA [30].

S mutacemi je spojen autozomálně dominantní syndrom kampomelické dysplazie, který má podobu závažné kostní dysplazie a dalších vrozených vad. U dvou třetin jedinců s karyotypem 46,XY se s kampomelií vyskytuje dysgeneze gonád [8, 21]. Syndrom bez gonadální dysgeneze je vysvětlován mutacemi porušujícími schopnost dimerizace SOX9 proteinu, která je nutná k řízení transkripce v chrupavce, nikoliv však v gonádách [8]. Kampomelie může být způsobena též delecemi či translokacemi v oblasti SOX9 [10]. Izolovaná porucha sexuálního vývoje u jedinců s 46,XY karyotypem bez kampomelické dysplazie v souvislosti s mutací SOX9 nebyla popsána.

Dosud byl zachycen jeden případ pacientky s obojetným genitálem, karyotypem 46,XX a duplikací části chromozomu 17, která obsahovala i SOX9. Předpokládaným podkladem jejího virilizovaného fenotypu zde byla nadpočetná kopie genu SOX9. Byly ovšem popsány i pacientky s třemi kopiemi genu SOX9 bez poruchy pohlavního vývoje [10].

SF1 (Steroidogenic factor 1, též NR5A1, OMIM +184757)

SF1 je transkripční faktor nutný pro vývoj nadledvin a pohlavních žláz. Zároveň se podílí na řízení steroidogeneze, protože aktivuje expresi steroidogenních enzymů. V gonadální tkáni patrně podporuje expresi SRY, řídí též tvorbu AMH [14, 17].

Heterozygotní či homozygotní mutace tohoto genu způsobují vrozenou adrenální hypoplazii v kombinaci s poruchou sexuální diferenciace u jedinců s 46,XY karyotypem. Existují též 46,XY pacienti s heterozygotní mutací v SF1 s izolovanou dysgenezí gonád. V některých případech byla mutace zděděna od zdravé matky. Tato skutečnost a fakt, že dosud nejsou známé případy poruch sexuálního vývoje u žen s karyotypem 46,XX s mutací SF1, nabízejí předpoklad, že gen hraje významnou roli především ve vývoji varlat [14].

DAX1 (Dosage sensitive sex reversal and Adrenal hypoplasia congenita critical region on the X chromosome, gene 1, též NR0B1, OMIM *300473)

DAX1 uložený na X chromozomu kóduje nukleární receptor. Působí patrně jako inhibitor transkripční aktivity. Hraje roli ve vývoji hypothalamu, hypofýzy, nadledvin a gonád [15, 17, 30]. U obou pohlaví byl prokázán již ve stadiu indiferentní gonády [9].

Mutace DAX1 způsobují u mužů, kteří nesou jen jedinou alelu genu, vrozenou hypoplazii nadledvin a hypogonadotropní hypogonadismus [8, 15, 25]. U většiny vázne spermatogeneze. Heterozygotní ženy netrpí poruchou nadledvin, u několika nosiček byla popsána opožděná puberta bez poruchy plodnosti [15, 25]. Byla zaznamenána rodina s mutací DAX1, v níž dva bratři měli hypoplazii nadledvin a hypogonadotropní hypogonadismus a jejich dědeček byl zdravým nositelem mutace. Jejich teta byla homozygotkou pro danou mutaci, která netrpěla hypoplazií nadledvin, ale měla hypogonadismus. Tato žena obě alely genu zdědila po otci vlivem chybného crossing-over [19].

Byli popsáni též pacienti s karyotypem 46,XY, dysgenezí gonád a duplikací části krátkého raménka X chromozomu. Porovnáním duplikovaných úseků v jednotlivých popsaných případech bylo zjištěno, že překrývající se oblasti kódují mimo jiné DAX1 gen. Duplikace v oblasti krátkého raménka na X chromozomu jsou většinou spojeny s mentální retardací a/nebo dysmorfií [1].

WNT4 (Wingless-type MMTV integration site family, member 4, OMIM *603490)

WNT4 je signální molekula, která aktivuje kaskádu vedoucí ke stabilizaci ß-cateninu a k podpoře genové exprese. Známým cílovým genem je DAX1, jenž inhibuje funkci SF1 a v důsledku toho i tvorbu některých steroidogenních enzymů nutných k produkci androgenů [3, 4].

Duplikace WNT4 genu u pacientů s mužským karyotypem způsobuje poruchy pohlavního vývoje různé tíže, sahající od kryptorchidismu až po ženský fenotyp s proužkovitými gonádami [13].

Ženy s karyotypem 46,XX a heterozygotní mutací genu mají porušený vývoj mülleriánských struktur (ageneze dělohy, uterus duplex) a někdy i ledvin (dysgeneze, ageneze). U postpubertálních pacientek byla zjištěna primární amenorea, normální vývoj prsů a pubické ochlupení ženského typu [3, 4]. Jen jedna z šesti pacientek popsaných Biason-Lauberovou měla výrazně zvýšené hladiny testosteronu, akné a mírný hirsutismus v obličeji. Ultrazvuk pánevních orgánů odhalil ektopicky uložená ovaria, z nichž jedno bylo bez folikulů [3].

Dosud byl popsán jediný případ konsangvinní rodiny s jedinci nesoucími homozygotní mutaci WNT4. V rodině se vyskytlo několik samovolných potratů a opakované umělé přerušení těhotenství pro diagnostikovanou agenezi ledvin. Pitva plodů odhalila mnohočetné vrozené vady včetně přítomnosti testikulární tkáně při ženském karyotypu. Tento syndrom byl označen jako SERKAL (sex reversal and dysgenesis of kidneys, adrenals and lungs tedy 46,XX sex reversal s poruchou vývoje ledvin, nadledvin a plic) [18].

WT1 (Wilms tumor supressor 1, OMIM *607102)

WT1 je exprimován v gonádách, ledvinách a dalších tkáních. Jeho poruchy vedou mimo jiné k familiárnímu výskytu Wilmsova tumoru, Denys-Drashova syndromu, Frasierova syndromu a syndromu WAGR [8].

WT1 se zřejmě uplatňuje jako aktivátor i represor genové transkripce. Hraje důležitou roli ve formování obojetné genitální lišty. Jeho cílovým genem je nejspíše SF1, ale i další geny jako DAX1, SRY a AMH. Významná pro pohlavní vývoj je izoforma WT1 +KTS, respektive její poměr k WT1 -KTS izoformě. WT1 +KTS vzniká jako produkt alternativního splicingu, kdy jsou mezi exony 8 a 9 vloženy navíc tři aminokyseliny [8, 21, 30].

Denysův-Drashův syndrom zahrnuje gonadální dysgenezi u jedinců s karyotypem 46,XY s ženským či obojetným genitálem, difuzní mezangiální sklerózu ledvin a vysoké riziko vzniku Wilmsova tumoru. Podkladem syndromu jsou nejčastěji bodové mutace v oblastech vazby na DNA [21].

Frasierův syndrom sdružuje gonadální dysgenezi u pacientů s karyotypem 46,XY, vysoké riziko gonadoblastomu v dysgenetické tkáni a nespecifickou fokální a segmentální glomerulosklerózu. Je způsoben převážně mutacemi v intronu 9, které vedou k chybění WT1 +KTS izoformy [21].

U pacientů s WAGR syndromem se vyskytuje Wilmsův tumor, aniridie, genitální malformace na podkladě dysgeneze gonád a mentální retardace. Tento stav vzniká v souvislosti s mikrodelecemi v oblasti chromozomu 11p13[8].

DMRT (Doublesex- and Mab3- Related Transcription factor, DMRT1 OMIM *602424, DMRT2 OMIM *604935)

Do skupiny lidských transkripčních faktorů DMRT patří geny DMRT1, DMRT2 a DMRT3. Jsou uloženy na krátkém raménku chromozomu 9. Jejich analoga jsou u některých živočichů klíčovými geny pro determinaci pohlaví [29].

Dosud nebyla prokázána mutace lidského DMRT genu, která by způsobila poruchu vývoje gonád. Zato byl opakovaně popsán syndrom monozomie krátkého raménka chromozomu 9. Fenotyp zahrnuje trigonocefalii, dysmorfické rysy, mentální retardaci a při karyotypu 46,XY poruchu sexuálního vývoje od mírné hypospadie po čistou gonadální dysgenezi s ženským fenotypem. Chybění DMRT genů je u takových pacientů horkým kandidátem na objasnění poruchy sexuálního vývoje [29].

Význam DMRT genů u člověka není zcela jasný. Moniotová a spol. prokázala expresi DMRT1 u lidských šestitýdenních embryí pouze při karyotypu 46,XY [20]. Výzkum na myších modelech potvrdil jeho tvorbu v gonádách obou pohlaví s několikanásobně vyššími hladinami v testes [26]. Úlohu DMRT ve vývoji ovarií podporují zprávy o 46,XX pacientkách s delecí v distální oblasti 9p, které měly vyšší hladiny gonadotropinů a hypoplastickou dělohu. Byl ovšem zaznamenán i případ plodné ženy s mikrodelecí v oblasti DMRT genů, které se narodily dvě děti s karyotypem XY a sex reversal [23].

DHH (desert hedgehog, OMIM *605423)

DHH gen kóduje signální molekulu, která se zřejmě podílí na řízení diferenciace varlat a Schwannových pochev periferních nervů. V Leydigových buňkách DHH patrně zvyšuje expresi SF1 [6].

Dosud bylo popsáno šest pacientek s poruchou sexuálního vývoje a mutací v DHH genu. Čtyři z nich byly homozygotkami pro mutovaný gen, měly karyotyp 46, XY a parciální či čistou dysgenezi gonád [6]. Pouze jedna z nich trpěla minifascikulární neuropatií, její heterozygotní otec byl zdráv [28]. Další dvě pacientky s karyotypem 45,X/46,XY nesly heterozygotní mutaci genu a měly parciální gonadální dysgenezi. Při tomto karyotypu je však obtížné zhodnotit podíl haploinsuficience DHH genu na poruše sexuálního vývoje [7].

RSPO1 (R-spondin family, member 1, OMIM *609595)

V posledních letech byly popsány poruchy sexuálního vývoje u jedinců s karyotypem 46,XX a homozygotní mutací v genu pro R-spondin1. Zjištěné mutace snižovaly schopnost aktivice a stabilizace ß-cateninového komplexu, který je považován za klíčový v řízení exprese SOX9 a DAX1 [27].

Všichni popsaní pacienti pocházeli z konsanguinních rodin. Jejich společným znakem byla palmoplantární keratóza, v některých případech též vznik spinocelulárního karcinomu kůže [24, 27]. V jednom případě se jednalo o genetickou ženu s pravým hermafroditismem [27]. Pacienti z dalších dvou popsaných rodin měli karyotyp 46, XX a byli vychováváni jako muži, žádný z nich neměl potomka [24]. V těchto rodinách se vyskytli i jedinci s mužským karyotypem a charakteristickými kožními obtížemi, kteří byli otci zdravých dětí [24, 27].

ATRX (Alpha Thalassemia Mental Retardation syndrom, X -linked, též XH2 a XNP, OMIM *300032)

 ATRX gen je umístěn na X chromozomu. Jeho mutace vedou u chlapců k X-vázanému syndromu, jehož součástí je mírná á-talasémie, mentální retardace, charakteristické dysmorfické rysy a porucha pohlavního vývoje od kryptorchismu po dysgenezi gonád. ATRX protein má pravděpodobně funkci chromatin-remodelujícího transkripčního faktoru, možná represoru. Konkrétní funkce genu v gonadální tkáni není známa, ale vzhledem k pozorovaným abnormalitám Leydigových buňek se zřejmě podílí na jejich diferenciaci [8, 21]. 

ZÁVĚR

Uvedené geny představují jen malou část z rozsáhlé regulační sítě, která zajišťuje správný vývoj gonád, a tím i správný vývoj pohlavních orgánů (tab. 2). Výzkum gonadální tkáně myších embryí odhalil existenci více než dvou set genů, které jsou exprimovány výlučně ve vyvíjejícím se varleti. V myším embryonálním ovariu je situace obdobná [2]. Na podkladě těchto poznatků jsou podrobně zkoumány další geny, které by mohly zodpovídat za poruchy sexuálního vývoje u člověka.

Přibývající zprávy o jednotlivých pacientech s poruchami pohlavního vývoje a objasněným genetickým podkladem této poruchy jsou přínosem minimálně ve dvou směrech. Studie mutovaných genů mohou pomoci objasnit funkci a důležitost jednotlivých částí genů. Dále mohou jednotlivé kazuistiky přispět k odhalení tzv. hot spots, tedy predilekčních oblastí pro vznik mutací. Na základě těchto znalostí by pak bylo možno vypracovat screeningový program pro pacienty s poruchou pohlavního vývoje [22]. 

MUDr. Jana Pleskačová

Pediatrická klinika

FN Motol

V Úvalu 84

150 06 Praha 5 – Motol

e-mail: pleskac.jana@seznam.cz