Андрология и генитальная хирургия. 2021; 22: 52-61
Метилирование гена SNRPN у мужчин с бесплодием при отсутствии мутаций в известных генах-кандидатах снижения фертильности
https://doi.org/10.17650/1726-9784-2021-22-1-52-61Аннотация
Введение. Бесплодие у мужчин представляет собой актуальную проблему современной андрологии и встречается в 45 % бесплодных браков. Часть случаев бесплодия у мужчин обусловлена генетическими причинами: точковыми мутациями при ряде моногенных заболеваний, делециями локуса AZF или сочетанием мутаций CFTR; сниженная фертильность ассоциирована также с полиморфными вариантами генов AR и GSTT1/GSTM1. Вместе с тем публикуют все больше данных о роли эпигенетических механизмов в виде аберрантного метилирования и нарушения импринтинга в патологии сперматогенеза.
Материалы и методы. В настоящей работе нами исследованы 49 образцов ДНК, полученных из образцов спермы неродственных мужчин с бесплодием, с помощью полимеразной цепной реакции, фрагментного анализа и секвенирования.
Результаты. Из первоначальной когорты исключены 5 пациентов: 1 – с длиной повтора 29 (CAG) в экзоне 1 AR, 3 – с нулевыми генотипами по генам GSTT1 и GSTM1, 1 – компаунд гетерозигота delF508/5T по гену CFTR. После этого с помощью метилспецифической полимеразной цепной реакции и бисульфитного секвенирования было определено метилирование импринтированного гена SNRPN. Показано, что аберрантное метилирование SNRPN встречается в 11,4 % случаев мужского бесплодия. Суммарно молекулярно-генетические и эпигенетические нарушения были выявлены у 20 % пациентов.
Заключение. Полученные данные демонстрируют значительную долю (эпи)генетических нарушений в гетерогенной выборке мужчин со сниженной фертильностью.
Список литературы
1. Чалый М.Е., Ахвледиани Н.Д., Харчилава Р.Р. Мужское бесплодие. Урология 2017;2-S2:4–19.. DOI:10.18565/urol.2017.2supplement.4-19. PMID: 28845928.
2. Kleisch S. Diagnosis of male infertility: diagnostic work-up of the infertile man. Eur Urol Suppl 2014;13:73–82. DOI:10.1016/j.eursup.2014.08.002.
3. Krausz C., Riera-Escamilla A. Genetics of male infertility. Nat Rev Urol 2018; 15(6):369–84. DOI:10.1038/s41585018-0003-3. PMID: 29622783.
4. Colaco S., Modi D. Genetics of the human Y chromosome and its association with male infertility. Reprod Biol Endocrinol 2018;16(1):14. DOI:10.1186/s12958-018-0330-5. PMID: 29454353.
5. Souza D.A., Faucz F.R., Pereira-Ferrari L. et al. Congenital bilateral absence of the vas deferens as an atypical form of cystic fibrosis: reproductive implications and genetic counseling. Andrology 2018;6(1):127–35. DOI:10.1111/andr.12450. PMID: 29216686.
6. Xiao F., Lan A., Lin Z. et al. Impact of CAG repeat length in the androgen receptor gene on male infertility – a meta-analysis. Reprod BioMed Online 2016;33(1):39–49. DOI:10.1016/j. rbmo.2016.03.012. PMID: 27157932.
7. Глыбочко П.В., Аляев Ю.Г., Чалый М.Е., Усачёва О.А. Влияние полиморфизма генов глутатионтрансфераз М1 и Т1 на андрогенный статус и качество эякулята после оперативного лечения варикоцеле. Андрология и генитальная хирургия 2013;1:23–6. DOI: 10.17650/2070-9781-2013-1-23-26.
8. Wu W., Lu J., Tang Q. et al. GSTM1 and GSTT1 null polymorphisms and male infertility risk: an updated meta-analysis encompassing 6934 subjects. Sci Rep 2013;3:2258. DOI:10.1038/srep02258. PMID: 23877133.
9. Эпигенетика. Под. ред. Эллис С.Д., Дженювейн Т., Рейнберг Д., Капаррос М.Л. Пер.с англ. М.: Техносфера, 2010. 496 с.
10. Наследственные болезни. Национальное руководство. Под ред. Бочкова Н.П. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013. 936 с.
11. Santi D., De Vincentis S., Magnani E., Spaggiari G. Impairment of sperm DNA methylation in male infertility: a metaanalytic study. Andrology 2017;5(4):695– 703. DOI:10.1111/andr.12379. PMID: 28718528.
12. Peng H., Zhao P., Liu J. et al. Novel epigenomic biomarkers of male infertility identified by methylation patterns of CpG sites within imprinting control regions of H19 and SNRPN genes. OMICS 2018;22(5):354–64. DOI:10.1089/omi.2018.0019. PMID: 29708855.
13. Cheon C.K. Genetics of Prader-Willi syndrome and Prader-Will-Like syndrome. Ann Pediatr Endocrinol Metab 2016;21(3):126–35. DOI:10.6065/ apem.2016.21.3.126. PMID: 27777904.
14. Михайленко Д.С., Соболь И.Ю., Сафронова Н.Ю. и др. Частота выявления делеций AZF, мутаций CFTR и длинных аллелей CAG-повтора AR при первичной лабораторной диагностике в гетерогенной группе пациентов с мужским бесплодием. Урология 2019;3:101–7. DOI:10.18565/ urology.2019.3.101-107. PMID: 31356021.
15. Nailwal M., Chauhan J.B. Azoospermia factor C subregion of the Y chromosome. J Hum Reprod Sci 2017;10(4):256–60. DOI:10.4103/jhrs.JHRS_16_17. PMID: 29430151.
16. Аксельрод Э.В., Миронов К.О., Михайленко Д.С. и др. Разработка и апробация методики на основе мультиплексной полимеразной цепной реакции в режиме реального времени для определения клинически значимых микроделеций в Y-хромосоме. Клиническая лабораторная диагностика 2018;63(2):124–8. DOI: 10.18821/0869-2084-2018-63-2124-128. PMID: 30672679.
17. Абрамов Д.Д., Кадочникова В.В., Якимова Е.Г. и др. Высокая частота носительства в российской популяции мутаций гена CFTR, ассоциированных с муковисцидозом, и мутаций гена PAH, ассоциированных с фенилкетонурией. Вестник РГМУ 2015;4:32–5.
18. Chernykh V.B., Stepanova A.A., Beskorovainaya T.S. et al. The frequency and spectrum of mutations and the IVS8-T polymorphism of the CFTR gene in Russian infertile men. Russian Journal of Genetics 2010;46(6):750–57. PMID: 20734777.
19. Yang X., Sun Q., Yuan P. et al. Novel mutations and polymorphisms in the CFTR gene associated with three subtypes of congenital absence of vas deferens. Fertil Steril 2015;104(5):1268–75.e2. DOI:10.1016/j.fertnstert.2015.07.1143. PMID: 26277102.
20. Gelfi C., Perego M., Righetti P.G. et al. Rapid capillary zone electrophoresis in isoelectric histidine buffer: high resolution of the poly-T tract allelic variants in intron 8 of the CFTR gene. Clin Chem 1998;44(5):906–13. PMID: 9590360.
21. Курашова Н.А., Беляева Е.В., Ершова О.А. и др. Ассоциация полиморфизма генов GSTT1, GSTM1 с бесплодием у мужчин. Урология 2017;6: 38–42. DOI:10.18565/urology.2017.6.38-42. PMID: 29376593.
22. Черных В.Б., Руднева С.А., Сорокина Т.М. и др. Влияние CAG-полиморфизма гена андрогенового рецептора (AR) на сперматогенез у мужчин с бесплодием. Андрология и генитальная хирургия 2015;16(4):55–61. DOI:10.17650/2070-9781-2015-16-4-55-61.
23. Михайленко Д.С., Бабенко О.В., Кириллова Е.А. и др. Комплексный молекулярно-генетический анализ микроделеций области AZF, мутаций гена CFTR и длины CAG-повтора гена AR у мужчин с бесплодием. Проблемы репродукции. 2005;11(6):52–5.
24. Canale D., Caglieresi C., Moschini C. et al. Androgen receptor polymorphism (CAG repeats) and androgenicity. Clin Endocrinol (Oxf) 2005;63(3):356–61. DOI:10.1111/j.1365-2265.2005.02354.x. PMID: 16117826.
25. Katagiri Y., Neri Q.V., Takeuchi T. et al. Androgen receptor CAG polymorphism (Xq11-12) status and human spermatogenesis: a prospective analysis of infertile males and their offspring conceived by intracytoplasmic sperm injection. Int J Mol Med 2006;18(3):405–13. PMID:16865224.
26. He W., Sun Υ., Zhang S. et al. Profiling the DNA methylation patterns of imprinted genes in abnormal semen samples by next-generation bisulfite sequencing. J Assist Reprod Genet 2020;37(9):2211–21. DOI:10.1007/s10815-020-01839-x. PMID: 32572674.
27. El Hajj N., Zechner U., Schneider E. et al. Methylation status of imprinted genes and repetitive elements in sperm DNA from infertile males. Sex Dev 2011;5(2):60–9. DOI:10.1159/000323806. PMID: 21293114.
28. Camprubi C., Pladevall M., Grossmann M. et al. Semen samples showing an increased rate of spermatozoa with imprinting errors have a negligible effect in the outcome of assisted reproduction techniques. Epigenetics 2012;7(10):1115–24. DOI:10.4161/epi.21743. PMID: 22885410.
29. Lou H., Le F., Hu M. et al. Aberrant DNA methylation of IGF2-H19 locus in human fetus and in spermatozoa from assisted reproductive technologies. Reprod Sci 2019;26(7):997–1004. DOI:10.1177/1933719118802052. PMID: 30270743.
30. Ni W., Pan C., Pan Q. et al. Methylation levels of IGF2 and KCNQ1 in spermatozoa from infertile men are associated with sperm DNA damage. Andrologia 2019;51(5):e13239. DOI: 10.1111/and.13239. PMID: 30680773.
31. Dong H., Wang Y., Zou Z. et al. Abnormal methylation of imprinted genes and cigarette smoking: assessment of their association with the risk of male infertility. Reprod Sci 2017;24(1):114–23. DOI:10.1177/1933719116650755. PMID: 27247128.
32. Hammoud S.S., Purwar J., Pflueger C. et al. Alterations in sperm DNA methylation patterns at imprinted loci in two classes of infertility. Fertil Steril 2010;94(5):1728–33. DOI:10.1016/j.fertnstert.2009.09.010. PMID: 19880108.
33. Laqqan M., Hammadeh M.E. Alterations in DNA methylation patterns and gene expression in spermatozoa of subfertile males. Andrologia 2018;50(3). DOI:10.1111/and.12934. PMID: 29230837.
Andrology and Genital Surgery. 2021; 22: 52-61
Methylation of the SNRPN gene in infertile men without mutations in common candidate genes for reduced fertility
https://doi.org/10.17650/1726-9784-2021-22-1-52-61Abstract
Introduction. Male infertility is a common problem in andrology and occurs in 45 % of infertile couples. Some cases of male infertility caused by genetic reasons: point mutations at some monogenic diseases, AZF deletions or a CFTR mutation compounds; reduced fertility is also associated with polymorphic variants of the genes AR and GSTT1/GSTM1. At the same time, increasing amount of data are being published about the role of epigenetic mechanisms (aberrant methylation and imprinting alterations) in defective spermatogenesis.
Materials and methods. We have studied 49 sperm samples obtained from unrelated infertile men using polymerase chain reaction, fragment analysis, and sequencing.
Results. Five patients were excluded from the initial cohort: one with a repeat length of 29 (CAG) in the first exon of the AR, three with null genotypes in the GSTT1 and GSTM1, and one with the delF508/5T heterozygous compound in the CFTR. Thereafter, methylation of the imprinted gene SNRPN was determined using methyl-specific polymerase chain reaction and bisulfite sequencing. Aberrant SNRPN methylation was detected in 11.4 % of male infertility samples. In total, molecular genetic and epigenetic alterations were determined in 20 % of patients.
Conclusions. Obtained data demonstrate a significant proportion of (epi)genetic disorders in a heterogeneous cohort of men with reduced fertility.
References
1. Chalyi M.E., Akhvlediani N.D., Kharchilava R.R. Muzhskoe besplodie. Urologiya 2017;2-S2:4–19.. DOI:10.18565/urol.2017.2supplement.4-19. PMID: 28845928.
2. Kleisch S. Diagnosis of male infertility: diagnostic work-up of the infertile man. Eur Urol Suppl 2014;13:73–82. DOI:10.1016/j.eursup.2014.08.002.
3. Krausz C., Riera-Escamilla A. Genetics of male infertility. Nat Rev Urol 2018; 15(6):369–84. DOI:10.1038/s41585018-0003-3. PMID: 29622783.
4. Colaco S., Modi D. Genetics of the human Y chromosome and its association with male infertility. Reprod Biol Endocrinol 2018;16(1):14. DOI:10.1186/s12958-018-0330-5. PMID: 29454353.
5. Souza D.A., Faucz F.R., Pereira-Ferrari L. et al. Congenital bilateral absence of the vas deferens as an atypical form of cystic fibrosis: reproductive implications and genetic counseling. Andrology 2018;6(1):127–35. DOI:10.1111/andr.12450. PMID: 29216686.
6. Xiao F., Lan A., Lin Z. et al. Impact of CAG repeat length in the androgen receptor gene on male infertility – a meta-analysis. Reprod BioMed Online 2016;33(1):39–49. DOI:10.1016/j. rbmo.2016.03.012. PMID: 27157932.
7. Glybochko P.V., Alyaev Yu.G., Chalyi M.E., Usacheva O.A. Vliyanie polimorfizma genov glutationtransferaz M1 i T1 na androgennyi status i kachestvo eyakulyata posle operativnogo lecheniya varikotsele. Andrologiya i genital'naya khirurgiya 2013;1:23–6. DOI: 10.17650/2070-9781-2013-1-23-26.
8. Wu W., Lu J., Tang Q. et al. GSTM1 and GSTT1 null polymorphisms and male infertility risk: an updated meta-analysis encompassing 6934 subjects. Sci Rep 2013;3:2258. DOI:10.1038/srep02258. PMID: 23877133.
9. Epigenetika. Pod. red. Ellis S.D., Dzhenyuvein T., Reinberg D., Kaparros M.L. Per.s angl. M.: Tekhnosfera, 2010. 496 s.
10. Nasledstvennye bolezni. Natsional'noe rukovodstvo. Pod red. Bochkova N.P. M.: GEOTAR-Media, 2013. 936 s.
11. Santi D., De Vincentis S., Magnani E., Spaggiari G. Impairment of sperm DNA methylation in male infertility: a metaanalytic study. Andrology 2017;5(4):695– 703. DOI:10.1111/andr.12379. PMID: 28718528.
12. Peng H., Zhao P., Liu J. et al. Novel epigenomic biomarkers of male infertility identified by methylation patterns of CpG sites within imprinting control regions of H19 and SNRPN genes. OMICS 2018;22(5):354–64. DOI:10.1089/omi.2018.0019. PMID: 29708855.
13. Cheon C.K. Genetics of Prader-Willi syndrome and Prader-Will-Like syndrome. Ann Pediatr Endocrinol Metab 2016;21(3):126–35. DOI:10.6065/ apem.2016.21.3.126. PMID: 27777904.
14. Mikhailenko D.S., Sobol' I.Yu., Safronova N.Yu. i dr. Chastota vyyavleniya deletsii AZF, mutatsii CFTR i dlinnykh allelei CAG-povtora AR pri pervichnoi laboratornoi diagnostike v geterogennoi gruppe patsientov s muzhskim besplodiem. Urologiya 2019;3:101–7. DOI:10.18565/ urology.2019.3.101-107. PMID: 31356021.
15. Nailwal M., Chauhan J.B. Azoospermia factor C subregion of the Y chromosome. J Hum Reprod Sci 2017;10(4):256–60. DOI:10.4103/jhrs.JHRS_16_17. PMID: 29430151.
16. Aksel'rod E.V., Mironov K.O., Mikhailenko D.S. i dr. Razrabotka i aprobatsiya metodiki na osnove mul'tipleksnoi polimeraznoi tsepnoi reaktsii v rezhime real'nogo vremeni dlya opredeleniya klinicheski znachimykh mikrodeletsii v Y-khromosome. Klinicheskaya laboratornaya diagnostika 2018;63(2):124–8. DOI: 10.18821/0869-2084-2018-63-2124-128. PMID: 30672679.
17. Abramov D.D., Kadochnikova V.V., Yakimova E.G. i dr. Vysokaya chastota nositel'stva v rossiiskoi populyatsii mutatsii gena CFTR, assotsiirovannykh s mukovistsidozom, i mutatsii gena PAH, assotsiirovannykh s fenilketonuriei. Vestnik RGMU 2015;4:32–5.
18. Chernykh V.B., Stepanova A.A., Beskorovainaya T.S. et al. The frequency and spectrum of mutations and the IVS8-T polymorphism of the CFTR gene in Russian infertile men. Russian Journal of Genetics 2010;46(6):750–57. PMID: 20734777.
19. Yang X., Sun Q., Yuan P. et al. Novel mutations and polymorphisms in the CFTR gene associated with three subtypes of congenital absence of vas deferens. Fertil Steril 2015;104(5):1268–75.e2. DOI:10.1016/j.fertnstert.2015.07.1143. PMID: 26277102.
20. Gelfi C., Perego M., Righetti P.G. et al. Rapid capillary zone electrophoresis in isoelectric histidine buffer: high resolution of the poly-T tract allelic variants in intron 8 of the CFTR gene. Clin Chem 1998;44(5):906–13. PMID: 9590360.
21. Kurashova N.A., Belyaeva E.V., Ershova O.A. i dr. Assotsiatsiya polimorfizma genov GSTT1, GSTM1 s besplodiem u muzhchin. Urologiya 2017;6: 38–42. DOI:10.18565/urology.2017.6.38-42. PMID: 29376593.
22. Chernykh V.B., Rudneva S.A., Sorokina T.M. i dr. Vliyanie CAG-polimorfizma gena androgenovogo retseptora (AR) na spermatogenez u muzhchin s besplodiem. Andrologiya i genital'naya khirurgiya 2015;16(4):55–61. DOI:10.17650/2070-9781-2015-16-4-55-61.
23. Mikhailenko D.S., Babenko O.V., Kirillova E.A. i dr. Kompleksnyi molekulyarno-geneticheskii analiz mikrodeletsii oblasti AZF, mutatsii gena CFTR i dliny CAG-povtora gena AR u muzhchin s besplodiem. Problemy reproduktsii. 2005;11(6):52–5.
24. Canale D., Caglieresi C., Moschini C. et al. Androgen receptor polymorphism (CAG repeats) and androgenicity. Clin Endocrinol (Oxf) 2005;63(3):356–61. DOI:10.1111/j.1365-2265.2005.02354.x. PMID: 16117826.
25. Katagiri Y., Neri Q.V., Takeuchi T. et al. Androgen receptor CAG polymorphism (Xq11-12) status and human spermatogenesis: a prospective analysis of infertile males and their offspring conceived by intracytoplasmic sperm injection. Int J Mol Med 2006;18(3):405–13. PMID:16865224.
26. He W., Sun Υ., Zhang S. et al. Profiling the DNA methylation patterns of imprinted genes in abnormal semen samples by next-generation bisulfite sequencing. J Assist Reprod Genet 2020;37(9):2211–21. DOI:10.1007/s10815-020-01839-x. PMID: 32572674.
27. El Hajj N., Zechner U., Schneider E. et al. Methylation status of imprinted genes and repetitive elements in sperm DNA from infertile males. Sex Dev 2011;5(2):60–9. DOI:10.1159/000323806. PMID: 21293114.
28. Camprubi C., Pladevall M., Grossmann M. et al. Semen samples showing an increased rate of spermatozoa with imprinting errors have a negligible effect in the outcome of assisted reproduction techniques. Epigenetics 2012;7(10):1115–24. DOI:10.4161/epi.21743. PMID: 22885410.
29. Lou H., Le F., Hu M. et al. Aberrant DNA methylation of IGF2-H19 locus in human fetus and in spermatozoa from assisted reproductive technologies. Reprod Sci 2019;26(7):997–1004. DOI:10.1177/1933719118802052. PMID: 30270743.
30. Ni W., Pan C., Pan Q. et al. Methylation levels of IGF2 and KCNQ1 in spermatozoa from infertile men are associated with sperm DNA damage. Andrologia 2019;51(5):e13239. DOI: 10.1111/and.13239. PMID: 30680773.
31. Dong H., Wang Y., Zou Z. et al. Abnormal methylation of imprinted genes and cigarette smoking: assessment of their association with the risk of male infertility. Reprod Sci 2017;24(1):114–23. DOI:10.1177/1933719116650755. PMID: 27247128.
32. Hammoud S.S., Purwar J., Pflueger C. et al. Alterations in sperm DNA methylation patterns at imprinted loci in two classes of infertility. Fertil Steril 2010;94(5):1728–33. DOI:10.1016/j.fertnstert.2009.09.010. PMID: 19880108.
33. Laqqan M., Hammadeh M.E. Alterations in DNA methylation patterns and gene expression in spermatozoa of subfertile males. Andrologia 2018;50(3). DOI:10.1111/and.12934. PMID: 29230837.
