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AZF-Deletionen und männliche Infertilität

Sektion für Reproduktionsgenetiik

Heute ist allgemein bekannt, dass etwa 50% aller infertilen Männer eine deutliche Reduktion ihrer Samenzellen haben, genannt, Oligozoo- oder 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 (ICSI) besteht heute die prinzipielle Möglichkeit, daß auch Männer mit nur noch wenigen Spermien ihren Kinderwunsch erfüllen können. Ist die Ursache der geringen Spermienzahl allerdings eine Chromosomen-Anomalie, wie z.B. beim Klinefelter-Syndrom (47,XXY) oder ein molekularer Gendefekt, ist 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, dann auch phänotypisch zum Ausdruck kommt. Die zu erwartende Pathologie kann sich auf eine Störung der Fertilität beschränken (wie z.B bei einer AZF-Deletion in Yq11), oder aber auch die körperliche Entwicklung beinflussen kann (wie z.B. im Falle verschiedener Chromosomen-Anomalien).

Wir konnten feststellen, dass in 10-20% der Patienten mit nicht-obstruktiver Oligozoo- oder Azoospermie 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 werden bei infertilen Männern wiederholt beschrieben. Sie 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 Funktion für die männliche Spermienbildung haben.

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 für die Reifung dieser Spermatogonien bis hin zu den motilen befruchtungsfähigen Spermien.

In der einschlägigen Fachliteratur wurde nun belegt, dass Männer mit einer kompletten AZFa-Deletion tatsächlich keine Keimzellen mehr in Ihrem Hodenepithel aufweisen. Die klinische Diagnose heißt dann „Sertoli-Cell-Only- (SCO)-Syndrom“. Liegt dagegen eine partielle AZFa, AZFb, oder eine komplette AZFc-Deletion vor, können durchaus noch reife und befruchtungsfähige Spermien im Hodenepithel erwartet werden.

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-Deletion ist. Nur bei partiellen AZFa/b und AZFc Deletionen kann eine erfolgreiche Anwendung des TESE-Verfahrens (d.h. 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 wird.

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-DNA-Diagnostik wird mit einer 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-Genexpressionsdiagnostik mit dem durch die Biopsie gewonnenen Restgewebe die Ergebnisse der 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. Für die Analyse von potentiell aktiven pluripotenten Stammzellen im Keimbahngewebe ist die AZF-Gendiagnostik im Hodengewebe eine notwendige Voraussetzung.

Ablauf der Untersuchung 

Zunächst wird in einer gründlichen klinischen Untersuchung in der Urologie  oder in der Kinderwunsch-Ambulanz das Bild der Fertilisierungsstörung detailliert fest gehalten. Liegt eine Azoospermie oder hochgradige Oligozoospermie vor, werden im Rahmen der dann folgenden AZF-Gendeletionsdiagnostik maximal 20 ml Voll-Blut (im EDTA-Röhrchen), sowie, falls vorhanden, der Rest des Keimbahngewebes aufgearbeitet, welches für die histologische Aufarbeitung und Befunderhebung nicht benötigt wurde. Die Einsendung dieser Blutprobe schliesst ebenfalls die Beilage des zur angefragten Diagnostik zugehörigen Anamnese-Fragebogens-AZF mit ein, natürlich ausgefüllt mit allen klinischen Daten und eventuell Kopien bereits erhobener Befunde.

Die Befunde der AZF-Gen-Deletion- und AZF-Gen-Expressions-Analysen auf RNA- und Proteinebene werden über den behandelnden Arzt dem Patienten so rasch wie möglich vorgelegt.

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, der ein Fortschritt in der Möglichkeit der weiteren klinischen Behandlung sein könnte, wäre, dass man bei Vorliegen einer AZF-Gendeletion konkret das Vererbungsrisiko dieser Deletion auf die Nachkommenschaft selbst einschätzen kann, bzw. dass bei Vorliegen einer Azoospermie, der Erfolg des klinischen TESE Protokolls, durchgeführt in der Urologie, besser abgeschätzt werden kann. Gewebe-Entnahmen ohne die erfolgreiche Gewinnung von reifen Spermatozoen können eventuell sogar 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-Defekte 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 Bundesdatenschutzgesetzes (BDSG). Die Bestimmungen des Datenschutzgesetzes werden eingehalten. Dritte erhalten keinen Einblick in die Originalkrankenunterlagen.