Publiziert am: 17.02.2022 Bitte beachten Sie v.a. beim therapeutischen Vorgehen das Erscheinungsdatum des Beitrags.

Genetische Aspekte von Fertilitätsstörungen und sexueller Dysfunktion

Verfasst von: Peter H. Vogt

Genetische Aspekte von Fertilitätsstörungen und sexuellen Dysfunktionen können sehr vielfältig sein und sollten deshalb zuerst im Rahmen einer genetischen Beratung in der Humangenetik ausführlich mit dem Ratsuchenden besprochen werden. In der Regel schliesst sich daran dann zuerst eine Analyse des Chromosomenbildes in den Leukocyten an. Molekulare Analysen beschränken sich in der klinischen Routine auf die Diagnostik von sehr häufig vorkommenden Mutationsereignissen wie AZF Gen-Deletionen auf dem Y-Chromosom und die Sequenzanalyse des CFTR Gens bei Vorliegen einer CBAVD. Analyse der Gene des Kallmann-Syndroms werden bei klinisch festgestellter Hypoplasie des Bulbus olfactorius durchgeführt. Damit werden aber in der Regel in nur 30 % der Fälle die Ursache für die männliche Infertilität und/oder Gonadendysgenesie des Patienten erfasst. Die molekulare Diagnostik von Exon-Sequenz-Varianten mit potenzieller Assoziation an diese Pathologien erscheint nur sinnvoll, wenn dann auch eine Genom-weite Familien-Studie möglich ist. Optimal wäre wenn der klinische Phänotyp einer bereits bekannten homogenen Patienten-Gruppe zugeordnet werden kann.

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Diagnostik
Zusammenfassung

Indikationen

Genetisch bedingte Fertilitätsstörungen und sexuelle Dysfunktionen sind offensichtlich, wenn im Rahmen der klinischen Abklärung des Patienten im Chromosomenbild des Mannes Abweichungen vom Normalbild -46,XY- bei der humangenetischen Diagnostik festgestellt werden. Chromosomen-Anomalien sind bei infertilen Männern etwa 10–15-fach häufiger als in der Allgemeinbevölkerung zu finden (Harton und Tempest 2012). Dabei finden sich bei signifikantem Rückgang der Spermienzahl im Ejakulat (Oligozoospermie) bis hin zur ihrer Abwesenheit (Azoospermie) vor allem balancierte und unbalancierte Translokationen auf den Autosomen, sowie Aneuploidien der Geschlechtschromosomen. Sehr häufig ist das Chromosomenbild -47,XXY-, welches mit dem Auftreten des „Klinefelter-Syndroms“ assoziiert ist. Es beschreibt eine phänotypisch heterogen erscheinende Gruppe infertiler Männer mit hohen FSH- und LH-Werten und verkleinerten Hoden mit verminderter Spermienproduktion (hypergonadotroper Hypogonadismus); auch oft, aber nicht immer mit Hochwuchs und Gynäkomastie.

Allerdings werden die meisten genetischen Ursachen für das Auftreten von männlichen Fertilitätsstörungen durch eine Chromosomen-Analyse nicht sichtbar. Dafür ist das Auflösungsvermögen des Mikroskops einfach zu gering. Um kleinere, d. h. submikroskopische Veränderungen zu visualisieren, empfiehlt sich deshalb heute auch die Analyse Chromosomen-spezifischer Microarrays als Datenbasis (Rajcan-Separovic 2012). Man darf heute davon ausgehen, das jedwede Veränderung der Kompakten Chromatinstrukturen im Spermienkopf nach kompletter Reifung der männlichen Keimzelle zu beweglichen Spermatozoa einen signifikanten Einfluss auf das Fertilitätspotenzial der betreffenden Spermien haben (Sarrate et al. 2018).

Molekulargenetische Untersuchungen sollten bei allen idiopathischen Fällen mit normalem Chromosomensatz -46,XY- die Analyse des Chromosomenbildes ergänzen. Bei Männern mit nicht-obstruktiver Azoospermie oder schwerer Oligozoospermie (<5 Mill. Spermien pro ml Ejakulat) steht – wegen ihrer hohen Frequenz (10–20 % bei infertilen Männern mit Azoospermie) – die Diagnostik kleiner Deletionen, sog. „Mikrodeletionen“ auf dem langen Arm des Y-Chromosoms im Vordergrund. Solche Mikrodeletionen löschen die Funktion der Y-Gene im AZF-Locus (Colaco und Modi 2018). Bei Männern mit idiopathisch obstruktiver Azoospermie sind es häufig Mutationen des CFTR-Gens (<82 %), welches auf dem langen Arm von Chromosom 7 lokalisiert ist (Yu et al. 2012). Sie verursachen meist beidseitig eine komplette Aplasie der Vas deferens (CBAVD). Bei Männern mit hypogonadotropem Hypogonadismus liegt häufig das Kallmann-Syndrom (KS) vor (Young et al. 2019). Es ist Folge eines Mangels des Gonadotropin-releasing-Hormons (GnRH), in Kombination mit Anosmie oder Hyposmie (mit Hypoplasie oder Aplasie des Bulbus olfactorius). Die Prävalenz bei Männern wird auf 1:8000 geschätzt. Bisher wurden fünf ursächlich beteiligte Gene identifiziert: KAL1 (Xp22.3) ist verantwortlich für die X-chromosomale Form, und die Gene FGFR1 (8p12), FGF8 (10q24), PROKR2 (Prokineticin-Rezeptor 2, 20p13) und PROK2 (Prokineticin 2, 3p21.1) für die autosomalen Formen. Die meisten Fälle werden in der Zeit der Pubertät erkannt, wenn die Geschlechtsentwicklung ausbleibt.

Genetische Untersuchungen bei männlichen Fertilitätsstörungen oder sexueller Dsyfunktion empfehlen sich also immer dann, wenn bei der klinischen Diagnostik in der Urologie kein deutlicher Hinweis für die primäre Ursache dieser meist Gonaden- und Keimzell-spezifischen Pathologien gefunden werden kann. Haben bei Oligozoospermie die wenigen Spermien zusätzlich Bewegungsstörungen und eine veränderte Morphologie. so liegt ein Oligo-Astheno-Terato-zoospermie (OAT) Syndrom vor. Bei Kinderwunsch des OAT-Patienten sollten dann zusätzlich seine Keimzellen mit Chromosomen-spezifischen Microarrays auf potenziell submikroskopische Chromosomen-Aberrationen untersucht werden (Rajcan-Separovic 2012).

Diagnostik

Fertiltätsstörungen aufgrund chromosomaler Anomalien

Klinefelter-Syndrom: 47,XXY und 46,XX Männer

Die Diagnose Klinefelter-Syndrom mit 47,XXY Chromosomenbild ist in der Urologie vermutlich unter-diagnostiziert. Vergleicht man die durch viele Untersuchungen belegte Häufigkeit von 1:500 in der männlichen Gesamtbevölkerung mit der Häufigkeit des Auftretens dieser Diagnose in der urologischen Praxis, kann man davon ausgehen, dass etwa 80 % der Männer mit diesem Chromosomensatz unerkannt bleiben. Das Syndrom wird somit häufig erst dann entdeckt, wenn der Kinderwunsch eines Mannes mit Klinefelter-Syndrom unerfüllt bleibt. Primäre Ursache ist eine Störung der Paarung der 3 Geschlechtschromosomen (2x X, 1xY), die zu einer vermutlich nur partiellen Inaktivierung des X Chromosoms bei der Meiose führt (Abb. 1). Es finden sich in etwa 50 % der Fälle durchaus noch post-meiotisch reife testikuläre Spermien in dieser sehr heterogenen Patientengruppe (Corona et al. 2017).

Abb. 1

Darstellung der meiotischen Chromosomen-Paare eines Patienten mit Klinefelter-Syndrom und 47,XXY Chromosomensatz im Mikroskop. Alle Autosomen zeigen normale synaptonomische Paarungsfiguren. Nur die beiden X-Chromosomen scheinen mit dem Y-Chromosom zu konkurrieren. (aus Vidal et al. 1984)

In etwa 20 % der Fälle liegt bei dieser Patientengruppe kein einheitliches 47,XXY Chromosomenbild vor, sondern Mosaikbilder mit einer 46,XY, 48,XXXY oder 47,XXYY Zell-Linie, was die Bildung reifer Spermien nach der Meiose begünstigt. Heute lässt sich somit in vielen Fällen bei Klinefelter-Patienten der Kinderwunsch durch eine Hodenbiopsie mit Hilfe des TESE-Verfahrens und den modernen Methoden der Reproduktionsmedizin realisieren (Plotton et al. 2014; Corona et al. 2017).

In seltenen Fällen wird in der Urologie bei Patienten mit dem Phänotyp des Klinefelters auch ein eigentlich weiblicher Chromosomensatz, 46,XX, gefunden. Ein im Mikroskop unsichtbares kleines Stück vom kurzen Arm des Y-Chromosoms, mit funktionellem SRY-Gen ist hier an eines der beiden X-Chromosomen angeklebt. Da die SRY-Expression während der frühen Embryogenese für eine männliche Gonadenentwicklung sorgt, ohne Keimzellen, sind diese Männer immer steril. Im Gegensatz zu den sterilen Männern mit Klinefelter-Syndrom kann 46,XX Männern ein Kinderwunsch allerdings nicht über das TESE-Verfahren erfüllt werden. 46,XX Männer sind mit einer Prävalenz von 1:20000 deutlich weniger als 46,XXY Männer bei Patienten mit Fertilitätsstörungen zu finden.

Fertilitätsstörungen aufgrund molekulargenetischer Defekte

AZFa,b,c Mikrodeletionen und nicht-obstruktive Azoospermie

Drei Mikrodeletionen auf dem langen Arm des Y-Chromosoms sind mit dem Auftreten von drei unterschiedlichen Keimzell-Pathologien bei Männern mit nicht-obstruktiver Azoospermie assoziiert. Sie werden deshalb heute auch als die 3 AZoospermie Faktoren: AZFa, AZFb, und AZFc bezeichnet (Vogt et al. 2009). Eine AZFa-Deletion bewirkt in der Regel einen kompletten Verlust aller Keimzellen, das Sertoli-Cell-Only (SCO) Syndrom. Bei einer AZFb-Deletion sind alle Spermatogonien-Typen bis zur Meiose vorhanden, die postmeiotische Spermiogenese ist also arretiert (Meiose Arrest, MA). Eine AZFc-Deletion bewirkt bei dem Patienten primär einen deutlichen Verlust reifer Spermien – meist nur noch weniger als 5 Millionen pro Milliliter Ejakulat (Hypospermatogenese). Je nach Alter des Patienten wird oft auch eine Azoospermie diagnostiziert. Nachdem die Sequenz des Y-Chromosoms heute vollständig bekannt ist, lässt sich feststellen, dass jede AZF-Mikrodeletion mehrere Gene enthält, deren kodierte Proteine alle im Hodengewebe exprimiert werden (Vogt et al. 2008). Für die klinische Diagnostik wurde deshalb ein einfaches PCR-Multiplex-System entsprechend den Richtlinien der Europäischen Akademie für Andrologie (EAA), entwickelt, welches die potenzielle Deletion jedes dieser sog. AZF-Kandidatengene getrennt diagnostizieren kann (Vogt und Bender 2013). Im Falle des Vorliegens einer Gen-Deletion in einem der 3 AZF Bereiche ist auf jeden Fall dann auch die Diagnostik der korrespondierenden AZF-Bruchpunktbereiche, proximal wie distal, entsprechend dem Protokoll von Vogt und Bender (2013) durch zu führen. Nur wenn eine sog. „komplette“ AZF Deletion vorliegt, d. h. alle Gene innerhalb einer AZF Deletion umdrehen deletiert sind, ist eine Aussage über das potenzielle Vorliegen reifer Spermien im Hodengewebe vor TESE möglich.

Beim Vorliegen einer kompletten AZFa- oder AZFb-Deletion sind in der Regel keine reifen Spermien im Hodengewebe zu erwarten; bei einer kompletten AZFc-Deletion sind in etwa 50 % der Fälle sehr gute Aussichten, noch Spermien mit Hilfe des TESE-Verfahrens aus einer Hodenbiopsie zu gewinnen. Allerdings werden nach erfolgreichem ICSI-Verfahren und Implantation des Embryos alle Söhne des betroffenen Patienten diese AZFc-Deletion ebenfalls besitzen und damit infertil sein. Eine genetische Beratung des Paares vor Beginn des TESE-Verfahrens ist somit zu empfehlen.

AZFc-Deletionen sind heute bekannt als die molekulargenetisch diagnostiziert häufigste Ursache männlicher Infertilität. Allerdings ist die gleiche Y-Region auch für polymorphe Strukturveränderungen bekannt, die sich bei fertilen wie infertilen Männern finden und damit die klinische Kausal-Diagnostik erschweren (Vogt 2005). Entsprechend hat sich in der Urologie die AZFc-Deletionsdiagnostik als ein einfaches und nicht-invasives Diagnosemittel für das potenzielle Vorliegen von reifen Spermien im Hodengewebe von Männern mit nicht-obstruktiver Azoospermie nur zögerlich etabliert.

CBAVD und Cystische Fibrose (CF)

Genmutationen in beiden Allelen des CFTR-Gens führen zu einer obstruktiven Azoospermie aufgrund einer Congenitalen Bilateralen Aplasie der Vasa Deferentia (CBAVD) des Patienten (Yu et al. 2012): Da in den Hodentubuli die Spermatogenese bei diesen Patienten normalerweise intakt ist, kann eine ausreichende Zahl von Spermien über das TESE-Verfahren oder auch mikrochirurgisch direkt aus dem Nebenhoden aspiriert werden (MESA-Verfahren).

Die CBAVD gilt als Minimalmanifestation der Mukoviszidose (Cystische Fibrose, CF), die mit einer Inzidenz von 1:2500 und variabler Schwere der damit verbundenen somatischen Pathologien (Chronische Bronchitis bis Pankreas-Insuffizienz) sehr häufig in den mitteleuropäischen Populationen vorkommt (de Souza et al. 2018). Eine gleiche Mutation in jeder Genkopie, oder verschiedene Mutationen in jeder Genkopie können eine CBAVD mit oder ohne CF verursachen. Mehr als 2000 verschiedene Mutationen für das CFTR-Gen wurden bisher in der Literatur analysiert (http://www.genet.sickkids.on.ca). Eine Übersicht der häufigsten CFTR-Mutationen in Deutschland bei Patienten mit CBAVD und CF wurde von der GFH (Gesellschaft für Humangenetik) in ihren Diagnostik-Richtlinien publiziert (http://www.bvdh.de/).

Zwei Mutationen (R117H-Mutation in Exon 4 und das 5T-Allel in Intron 8) werden mit hoher Frequenz nur bei CBAVD-Patienten (d. h. ohne CF-Symptomatik) gefunden. Bevor eine CFTR-Gendiagnostik bei einem Patienten mit obstruktiver Azoospermie durchgeführt wird, kann der Urologe bereits eine Aplasie der Vasa Deferentia eindeutig diagnostizieren. Wird eine CFTR Mutation nachgewiesen, sollte dem Paar vor TESE eine genetische Beratung angeboten werden bzw. der Partnerin eine molekulargenetische CFTR-Diagnostik, am besten direkt durch komplette Sequenzierung des CFTR Gens. Erst dann lässt sich das Vererbungsrisiko für CF bei einem zukünftigen Kind abschätzen. Es kann variabel zwischen 0,2 % und 50 % sein.

Genetische Varianten kausal für männliche Infertilität und sexuelle Dysfunktion?

Man kann heute davon ausgehen, dass die koordiniert kontrollierte Expression von etwa 2000–3000 Genen die Fertilität und sexuelle Entwicklung des Mannes kausal beeinflussen. Es ist deshalb verständlich, dass monogenetisch fokussierte Diagnostik-Verfahren, wie hier beschrieben, nur etwa 30 % aller Fälle mit idiopathisch männlicher Infertilität, bzw. sexueller Dysfunktion bisher aufgeklärt haben. Nachdem nun die Sequenz des Humangenoms komplett bekannt ist, werden zunehmend auch Genom-weite Mutationsanalysen bei diesen Patienten-Gruppen durchgeführt zur Identifizierung von Exon-Sequenz-Varianten, die kausal das Auftreten dieser Pathologie erklären können (Fakhro et al. 2018; Buonocore et al. 2019). Da in der Regel Genom/Exom-weite Familien-Studien aber wenig praktikabel sind, erscheint es als größte Schwierigkeit, vorab Patientengruppen mit einem möglichst homogenen klinischen Phänotyp zu finden (Aston und Conrad 2013; Kovac et al. 2013). Die Expression genetischer Faktoren ist auch immer in Vernetzung mit verschiedenen Umweltfaktoren (wie z. B. Alkohol- oder Nikotin-Abusus oder Stressfaktoren) zu betrachten und somit konsequenterweise variabel. Genetisch bedingte männliche Infertilität oder sexuelle Dysfunktion ist immer einem starken negativen Selektionsdruck ausgesetzt, der nur zum Teil durch die Anwendung moderner Reproduktionsmedizin umgangen wird. Durch viele Neu-Mutationen in jeder weiteren Generation wird sich das Gesamtbild der genetischen Mutationen, die männliche Infertilität oder sexuelle Dysfunktion verursachen, somit auch weiterhin eher heterogen darstellen.

Zusammenfassung

Genetische Diagnostik männlicher Infertilität und sexueller Dysfunktion ist sinnvoll bei idiopathischer Ätiologie wo ein signifikanter Rückgang der Spermienzahl im Ejakulat bis hin zur Azoospermie beobachtet wird. Dazu gehört vor allem die Darstellung der Chromosomen aus den Leukozyten des Patienten.
Bei Patienten mit nichtobstruktiver Azoospermie oder schwerer Oligozoospermie (Spermienzahl: <5 Millionen/ml im Ejakulat) ist die molekulargenetische Diagnostik auf AZF-Mikrodeletionen des Y-Chromosoms zu empfehlen.
Bei Patienten mit Congenitaler beidseitiger Aplasie der Vasa Deferentia (CBAVD) wird die molekulargenetische Diagnostik des CFTR-Gens (Sequenzanalyse) durchgeführt.
Bei Patienten mit hypogonadotropem Hypogonadismus und Hypoplasie oder Aplasie des Bulbus olfactorius sollte die molekulargenetische Diagnostik der Gene des Kallmann-Syndroms (KS) in den Vordergrund rücken.

Literatur

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