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AZF-Deletionen und männliche Infertilität

Sektion für Reproduktionsgenetiik

Heute ist allgemein bekannt, dass etwa 50% aller infertilen Männer aufgrund von direkten Störungen ihrer Keimzell-Reifung (Spermatogenese) eine deutliche Reduktion ihrer, oder eine komplette Abwesenheit reifer Samenzellen in ihrem Ejakulat haben, genannt, Oligozoo- oderund Azoospermie, aufgrund von direkten Störungen ihrer Keimzell-Reifung (Spermatogenese).,. Die kausalen Ursachen sind vielfältig. Zumindest bei einer Subgruppe (etwa 30%) dieser grossen Patientenzahl ist die Ursache wohl genetisch bedingt, d.h. eines oder mehrere Gene, welche die Fertilität des Mannes beeinflussen, sind defekt.

Durch die Einführung moderner Fertilisierungstechniken mit Einzel-Spermien Fertilisierungstechniken mit Einzel-Spermien (ICSI)  besteht heute die prinzipielle Möglichkeit, daß auch Männer mit nur noch wenigen Spermien ihren Kinderwunsch noch erfüllen können. IstAllerdings,wenn die Ursache der geringen Spermienzahl allerdings eine Chromosomen-Anomalie, wie z.B. beim Klinefelter-Syndrom (47,XXY)Klinefelter-Syndrom (47,XXY) oder ein molekularer Gendefekt, ist, wird auch eine Übertragung dieser genetischen Anomalie auf die Nachkommenschaft möglich. Dabei ist aber meist unbekannt, wie groß das Risiko dieser Vererbung überhaupt ist und wie der genetische Defekt bei den Nachkommen der ICSI-Patienten,Die dann auch phänotypisch zum Ausdruck kommt. Die zu erwartende Pathologie kann sich auf eine Wiederholung der Störung der Fertilität beschränken (wie z.B bei einer AZF-Deletion in Yq11), oder aber auch die körperliche Entwicklung beinflussen kann (wie beeinflussen (z.B. im Falle verschiedener Chromosomen-Anomalien oder eine CFTR Mutation).

Wir konnten feststellen, dass in 10-20% der Patienten mit nicht-obstruktiver Oligozoo- oder AzoospermieAzoo-Spermie die Ursache der Infertilität mit dem Auftreten von drei verschiedenen Mikrodeletionen auf dem langen Arm des Y-Chromosoms assoziiert ist. Sie werden AZFa, AZFb und AZFc genannt. Auch mikroskopisch sichtbare Deletionen des Y-Chromosoms (d.h. Makrodeletionen) werden bei infertilen Männern wiederholt beschrieben. Sie

Alle 3 Y-Mikrodeletionen betreffen dann immer die Deletion von mehreren Genen, die in den Bereichen AZFa, AZFb, bzw. AZFc lokalisiert sind (d.h. AZF-Gene) und eine wichtige). Die Entschlüsselung ihrer molekularen Funktion für die männliche Spermienbildung habensteht weltweit im Fokus vieler Forschungsprojekte; so auch in unserem Labor.

Die kritische Abwägung, ab wann eine Yq11-Mikrodeletion einen kausalen Bezug zum sterilen Phänotyp des Patienten tatsächlich erlaubt, wird dadurch einerseits leichter (jedes Y-Gen innerhalb einer AZF-Region ist vermutlich ein wichtiges Spermatogenese-Gen, andererseits aber auch komplexer, da die funktionellen Aktivitätsphasen dieser AZF-Gene bisher noch wenig bekannt sind. Die Y-Gene in AZFa sind bereits während der Embryogenese und vor der Pubertät für die Bereitstellung und Differenzierung der Spermatogonien wichtig, die Y-Gene in AZFb und AZFc fürunterstützen die Reifung dieser Spermatogonien bis hin zu den motilen, befruchtungsfähigen Spermien.

In der einschlägigen Fachliteratur wurde nunwiederholt belegt, dass Männer mit einer kompletten AZFa- Deletion tatsächlich keine Keimzellen mehr in Ihrem Hodenepithelihren Hodentubuli aufweisen. Die klinische Diagnose heißt dann auch: „Sertoli-Cell-Only- (SCO)-Syndrom“. Liegt dagegen eine partielle AZFa, AZFb, oder eine komplette AZFc-Deletion vor, Männer mit einer kompletten AZFb- Deletion haben nur vor der Meiose eine normale Spermatogenese; sie endet also mit einem „Meiotischen Arrest (MA)“. Bei einer kompletten AZFc-Deletion können durchaus noch reife und befruchtungsfähige Spermien im Hodenepithel erwartet werden., wenn auch nur in geringer Zahl („Hypospermatogenese“). Liegen dagegen nur partielle AZFa, AZFb, AZFc Deletionen vor, scheint die Hodenpathologie sehr variabel zu sein und u.U. auch altersabhängig.

Es ist deshalb für den Patienten mit diagnostizierter AZF-Deletion wichtig zu wissen, ob die Ursache der Fertilitätsstörung eventuell eine komplette AZFa oder komplette AZFb/c-nur partielle AZF- Deletion istdarstellt. Nur bei partiellen AZFa/b/c und komplettem AZFc Deletionen kann eine erfolgreiche Anwendung des TESE- Verfahrens (d.h. eine Gewinnung von reifen Spermien im Hoden-Epithel) erwartet werden. Es ist heute auch möglich zu prüfen, ob im Hodenepithel nicht doch noch wenige Keimzellen, die sog. Stammzellen, anzutreffen sind, die eventuell in Zukunft als Ausgangszellen für eine Wieder-Belebung der Spermatogenese nutzbar wären. Diese Linie der Stammzellforschung und Ihre klinische Anwendbarkeit steckt allerdings noch in den Kinderschuhen. Es kann deshalb heute noch keine Prognose abgegeben werden, ob sich auf diesem Wege dann auch tatsächlich eine neue Chance für die Bildung reifer Spermien aus den noch vorhandenen Stammzellen ergeben

Methodisch wird. dazu das PCR-Multiplex Verfahren von Vogt & Bender (2013) empfohlen (siehe Referenzliste oben)

Heute verfolgt die AZF-Gen-Diagnostik vor allem das Ziel, die An- oder Abwesenheit der verschiedenen Keimzell-Typen im Hodengewebe des Patienten bereits vor der histologischen Gewebeentnahme mit einiger Sicherheit aus dem AZF-Gendeletionsprofil zu prognostizieren. Vorausgesetzt wird, dass der Chromosomenstatus im Rahmen der klinischen Voruntersuchung bereits diagnostiziert wurde und als normaler männlicher Karyotyp, 46,XY, bekannt ist.

Die AZF-Gen-DNAGendeletionen-Diagnostik wird mit der genomischen DANN extrahiert aus einer 10-20 ml EDTA Blutprobe durchgeführt. Bei Anwesenheit aller Gene in den AZF-Regionen wird mit einer aus der gleichen Blutprobe gewonnenen RNA-Probe eine Analyse des Expressionsmusters verschiedener AZF-Gene durchgeführt. Dabei liegt der Fokus der Diagnostik auf der Beantwortung der zentralen Frage ob das Keimzellepithels des Patienten überhaupt noch in der Lage ist, Keimzellen zu bilden. Die Ursache für ein eventuell verändertes Expressionsprofil der AZF-Keimbahngene in den Leukozyten des Patienten wird dann über die Sequenzanalyse der DNA-Struktur des betreffenden Gens molekular mit Hilfe der DHPLC-Heteroduplex-Methode (WAVE® System von Transgenomics) entschlüsselt (Gen-Mutationsanalyse).

Wurde im Rahmen der klinischen Anamnese bereits eine histologische Diagnostik des Keimbahngewebes durchgeführt, kann eine entsprechende AZF-GenexpressionsdiagnostikGendeletionen-Diagnostik auch mit der DNA aus dem durch die Biopsie gewonnenen Restgewebe die Ergebnisse der durchgeführt werden. Neben einer DNA Extraktion aus diesem Hodengewebe kann dann auch eine RNA-Expressionsanalyse aus Leukozyten sinnvoll ergänzen. Auch ist dann eine immunohistochemische Diagnostik zur Analyse einer möglicherweise veränderten Lage der zugehörigen AZF-Proteine im Keimbahngewebe möglich.der noch vorhandenen AZF Gene Aufschluss darüber geben, ob diese in den noch vorhandenen Keimzellen des Patienten normal aktiv sind oder nicht. Für die Analyse von potentiell aktiven pluripotenten Stammzellen im Keimbahngewebe ist die AZF-Gendiagnostik im Hodengewebe eine notwendige Voraussetzung.in der noch vorhandenen Spermatogonien-Population im Keimbahngewebe des Patienten wird eine OCT3/4 Expressionsdiagnostik neben der Expressionsanalyse des AZFa Gens, DDX3Y, durchgeführt. Dadurch lässt sich klären, ob der Patient u.U. ein Kandidat sein kann für zukünftige Therapie-Möglichkeiten mit Keimbahn-Stammzellen [CERA Münster].
 

Ablauf der Untersuchung 

Zunächst wirdwerden in einer gründlichen klinischen Untersuchung in der Urologie Andrologie oder in der Kinderwunsch-Ambulanz das Bild der Kinderwunsch-Ambulanz mögliche Ursachen für die Fertilisierungsstörung detailliert fest gehalten. Liegt eine Azoospermie, oder hochgradige Oligozoospermie vor, werden im Rahmen der dann folgenden AZF-GendeletionsdiagnostikGendeletionen-Diagnostik maximal

20 ml Voll-Blut (im EDTA-Röhrchen),

sowie, falls vorhanden, der Rest des Keimbahngewebes für die DNA Extraktion aufgearbeitet, welches für die histologische Aufarbeitung und Befunderhebung nicht benötigt wurde.. Die Einsendung dieser BlutprobePatientenproben schliesst ebenfalls die Beilage des zur angefragten Diagnostik zugehörigen Anamnese-Fragebogens-AZFAnamnese-Fragebogens-AZF mit ein, natürlich ausgefüllt mit allen klinischen Daten und eventuell Kopien bereits erhobener Befunde.
 

Nutzen/Risiken

Durch diese Untersuchung entstehen keine über das Standardabklärungsprogramm hinausgehende Risiken. Die Kosten der AZF-Gendeletionsdiagnostik trägt bei den oben beschriebenen Pathologien in der Regel die Krankenkasse. Selbstverständlich wird das aus den Blutzellen, oder dem Gewebe gewonnene genetische Material (DNA und RNA) nicht zur Durchführung sonstiger genetischer Analysen verwendet.

Ein direkter Nutzen für den Patienten, der ein Fortschritt in der Möglichkeit derden Möglichkeiten seiner weiteren klinischen Behandlung sein könnte, wäre, dass man bei Vorliegen einer AZF-Gendeletion konkret das Vererbungsrisiko dieser Deletion auf die Nachkommenschaft selbst einschätzeneingeschätzt werden kann, bzw. dass bei Vorliegen einer Azoospermie, der Erfolg des klinischen TESE Protokolls, durchgeführt in der Urologieim IVF Labor, besser abgeschätzt werden kann. Gewebe-Entnahmen ohne die erfolgreiche Gewinnung von reifen Spermatozoen können eventuell sogarsomit oft vermieden werden.

Folglich wird in Zukunft die genaue Kenntnis der strukturellen und funktionellen Komplexität der verschiedenen AZF-Gene im Hoden-Epithel eine wesentliche Voraussetzung für ihre klinische Diagnostik wie auch für die Entwicklung einer entsprechenden kausalen Therapie in der Zukunft sein.

Auf jeden Fall erscheint es heute auch aus klinischer Sicht sinnvoll, bei infertilen Patienten ohne klinische Erklärung (d.h. idiopathisch), die Diagnostik potentieller AZF-Gene und ihrer funktionellen Produkte (RNA und Proteine) noch vor der Anwendung von ICSI durchzuführen.

Bei der Anwendung des ICSI-Verfahrens in dieser Patientengruppe beträgt das Vererbungsrisiko für alle diagnostizierten AZF-Gen-DefekteGendeletionsdefekte für männliche Nachkommen bekanntlich 100%. Alle Söhne haben das gleiche Y-Chromosom, die Töchter sind aber nicht betroffen. Die Patienten werden entsprechend schriftlich und mündlich über Wesen und Tragweite der geplanten Untersuchung, insbesondere über den möglichen Nutzen für ihre Gesundheit und eventuelle Risiken aufgeklärt. Die Namen der Patienten und alle anderen vertraulichen Informationen unterliegen der ärztlichen Schweigepflicht und den Bestimmungen des BundesdatenschutzgesetzesBestimmungen des Bundesdatenschutzgesetzes (BDSG). DieAlle Bestimmungen des aktuellen Datenschutzgesetzes (Neuauflage, 2018) werden eingehalten. Dritte erhalten keinen Einblick in die Originalkrankenunterlagen.