Комплексное генетическое и спермиологическое обследование пациентов с дисомией Y

Статья в Elpub

Андрология и генитальная хирургия. 2023; 24: 73-85

Комплексное генетическое и спермиологическое обследование пациентов с дисомией Y

Штаут М. И., Соловова О. А., Сорокина Т. М., Курило Л. Ф., Опарина Н. В., Шилова Н. В., Чухрова А. Л., Поляков А. В., Черных В. Б.

https://doi.org/10.17650/2070-9781-2023-24-4-73-85

Аннотация

Введение. Среди синдромов с анеуплоидией по половым хромосомам (гоносомам) диcомия по хромосоме Y имеет наиболее мягкое фенотипическое проявление. Для большинства мужчин с кариотипом 47,XYY не характерны аномалии развития половой системы, у некоторых из них отмечают нарушение сперматогенеза и фертильности. Распространенность мужского бесплодия при дисомии Y неизвестна. Причины и факторы фенотипической вариабельности, нарушения фертильности, состояние сперматогенеза и сперматологические параметры у пациентов с дисомией Y недостаточно изучены.

Цель исследования – комплексное генетическое обследование, оценка состояния сперматогенеза и сперматологических нарушений у пациентов с дисомией Y.

Материалы и методы. Обследованы 25 мужчин с дисомией по Y-хромосоме. Возраст пациентов составил 32 ± 10 (14–59) лет. Анализ кариотипа выполнен с помощью стандартного цитогенетического исследования на культивированных лимфоцитах периферической крови с использованием GTG-окрашивания. Для исследования половых хромосом, гоносомного мозаицизма, а также оценки анеуплоидии в сперматозоидах выполняли флуоресцентную in situ гибридизацию. Микроделеции Y-хромосомы детектировали с помощью мультиплексной полимеразной цепной реакции. Стандартное спермиологическое исследование проводили в соответствии с рекомендациями общепринятого Руководства Всемирной организации здравоохранения (2010). Количественный кариологический анализ незрелых половых клеток из осадка эякулята выполняли согласно собственному ранее разработанному методу.

Результаты. У 22 пациентов диагностирована немозаичная форма дисомии Y, в том числе у 21 мужчины определен кариотип 47,XYY, у 1 пациента, имеющего дополнительную хромосомную аномалию (робертсоновскую транслокацию), – кариотип 46,XYY,der(13;14)(q10;q10); у 2 пациентов выявлен мозаицизм XYY/XY, у одного – сложный мозаицизм по Y-хромосоме и полная делеция региона AZFc. Наличие патогенных микроделеций Y-хромосомы у других пациентов не обнаружено. У 1 мужчины наличие дисомии Y заподозрено по результатам количественной флуоресцентной полимеразной цепной реакции, но по результатам цитогенетического исследования установлено наличие изодицентрической хромосомы Yq – кариотип 46,X,psu dic(Y)(p11.3). С помощью полноэкзомного секвенирования у 1 пациента с азооспермией обнаружен гетерозиготный вариант c.653G>A(p.Gly218Asp) в гене SYCP2, который кодирует один из белков синаптонемного комплекса.

Спермиологически обследованы 20 пациентов: диагностированы азооспермия (n = 9, 45 %), олигоастенотератозооспермия (n = 6, 39 %), астенотератозооспермия (n = 3, 17 %) и астенозооспермия (n = 2, 11 %). Объем эякулята составил 2,7 ± 1,7 (1,0–5,0) мл, концентрация и общее количество сперматозоидов – 14,9 ± 21,8 (0,0–66,25) млн/мл и 50,4 ± 77,7 (0,0–265,0) млн соответственно. Олигоспермия отмечена у 2 (10 %) пациентов. Количественный кариологический анализ незрелых половых клеток позволил обнаружить криптозооспермию при азооспермии и признаки нарушения профазы I мейоза.

Исследование сперматозоидов методом флуоресцентной in situ гибридизации выявило повышенную анеуплоидию (дисомию и нуллисомию по половым хромосомам, дисомию 18 и 21).

Заключение. У большинства мужчин с дисомией Y с нарушением фертильности отсутствует гоносомный мозаицизм, характерно нарушение сперматогенеза (необструктивная азооспермия или олигозооспермия), обусловленное блоком профазы I мейоза. Патогенная AZFc-делеция обнаружена только у одного пациента, имеющего сложный мозаицизм по Y-хромосоме. У части пациентов выявлены дополнительные генетические факторы нарушения сперматогенеза и мужской фертильности, что может объяснять фенотипическую вариабельность.

Список литературы

1. Jacobs P.A., Melville M., Ratcliffe S. et al. A cytogenetic survey of 11,680 newborn infants. Ann Hum Genet 1974;37(4):359–76. DOI: 10.1111/j.1469-1809.1974.tb01843.x

2. Bardsley M.Z., Kowal K., Levy C. et al. 47,XYY syndrome: clinical phenotype and timing of ascertainment. J Pediatr 2013;163(4):1085–94. DOI: 10.1016/j.jpeds.2013.05.037

3. McKinlay Gardner R.J., Armor D.J. Chromosome abnormalities and genetic counseling. 5th edn. Oxford University Press, 2018. 1268 p.

4. Gravholt C.H., Ferlin A., Gromoll J. et al. New developments and future trajectories in supernumerary sex chromosome abnormalities: a summary of the 2022 3rd International Workshop on Klinefelter Syndrome, Trisomy X, and XYY. Endocr Connect 2023;12(3):e220500. DOI: 10.1530/EC-22-0500

5. Kim I.W., Khadilkar A.C., Ko E.Y., Sabanegh E.S. Jr. 47,XYY syndrome and male infertility. Rev Urol 2013;15(4):188–96.

6. Borjian Boroujeni P., Sabbaghian M., Vosough Dizaji A. et al. Clinical aspects of infertile 47,XYY patients: a retrospective study. Hum Fertil (Camb) 2019;22(2):88–93. DOI: 10.1080/14647273.2017.1353143

7. Ogata T., Matsuo N. Sex chromosome aberrations and stature: deduction of the principal factors involved in the determination of adult height. Hum Genet 1993;91(6):551–62. DOI: 10.1007/BF00205079

8. Lim A.S., Fong Y., Yu S.L. Analysis of the sex chromosome constitution of sperm in men with a 47,XYY mosaic karyotype by fluorescence in situ hybridization. Fertil Steril 1999;72(1):121–3. DOI: 10.1016/s0015-0282(99)00194-6

9. García-Mengual E., Triviño J.C., Sáez-Cuevas A. et al. Male infertility: establishing sperm aneuploidy thresholds in the laboratory. J Assist Reprod Genet 2019;36(3):371–81. DOI: 10.1007/s10815-018-1385-0

10. Krausz C., Navarro-Costa P., Wilke M., Tüttelmann F. EAA/ EMQN best practice guidelines for molecular diagnosis of Y-chromosomal microdeletions: state of the art 2023. Andrology 2023. Online ahead of print. DOI: 10.1111/andr.13514

11. Черных В.Б., Чухрова А.Л., Бескоровайная Т.С. и др. Типы делеций Y-хромосомы и их частота у мужчин с бесплодием. Генетика 2006;42(8):1130–6.

12. Черных В.Б., Степанова А.А., Бескоровайная Т.С. и др. Частота и спектр мутаций и IVS8-T-полиморфизма гена CFTR среди российских мужчин с бесплодием. Генетика 2010;46(6):844–52.

13. Руководство ВОЗ по исследованию и обработке эякулята человека. Пер. с англ. Н.П. Макарова. Науч. ред. Л.Ф. Курило. 5-е изд. М.: Капитал Принт, 2012. 291 с.

14. Сорокина Т.М., Андреева М.В., Штаут М.И. и др. Оценка состояния сперматогенеза у пациентов с азооспермией или криптозооспермией с помощью метода количественного кариологического анализа незрелых половых клеток. Андрология и генитальная хирургия 2019;20(1):75–81. DOI: 10.17650/2070-9781-2019-20-1-75-81

15. Repping S., van Daalen S.K., Korver C.M. et al. A family of human Y chromosomes has dispersed throughout northern Eurasia despite a 1.8-Mb deletion in the azoospermia factor c region. Genomics 2004;83(6):1046–52. DOI: 10.1016/j.ygeno.2003.12.018

16. Гордеева Е.Г., Шилейко Л.В., Панкратова О.С., Курило Л.Ф. Частота анеуплоидий в гаметах у фертильных мужчин. Генетика 2011;47(5):828–35.

17. An International System for Human Cytogenetic Nomenclature (2020). Ed. by J. McGowan-Jordan, R.J. Hastings, S. Moore. Karger Publishing, 2020. 151 р.

18. Опарина Н.В., Райгородская Н.Ю., Латышев О.Ю. и др. Тканевой гоносомный мозаицизм у пациентов с нарушением формирования пола, связанным с аномалиями дифференцировки гонад. Генетика 2021;57(11):1306–17. DOI: 10.31857/S0016675821110102

19. Skakkebæk A., Nielsen M.M., Trolle C. et al. DNA hypermethylation and differential gene expression associated with Klinefelter syndrome. Sci Rep 2018;8(1):13740. DOI: 10.1038/s41598-018-31780-0

20. Berglund A., Stochholm K., Gravholt C.H. Morbidity in 47,XYY syndrome: a nationwide epidemiological study of hospital diagnoses and medication use. Genet Med 2020;22(9):1542–51. DOI: 10.1038/s41436-020-0837-y

21. El-Dahtory F., Elsheikha H.M. Male infertility related to an aberrant karyotype, 47,XYY: four case reports. Cases J 2009;2(1):28. DOI: 10.1186/1757-1626-2-28

22. Davis S.M., Bloy L., Roberts T.P.L. et al. Testicular function in boys with 47,XYY and relationship to phenotype. Am J Med Genet C Semin Med Genet 2020;184(2):371–85. DOI: 10.1002/ajmg.c.31790

23. Rives N., Siméon N., Milazzo J.P. et al. Meiotic segregation of sex chromosomes in mosaic and non-mosaic XYY males: case reports and review of the literature. Int J Androl 2003;26(4):242–9. DOI: 10.1046/j.1365-2605.2003.00421.x

24. Moretti E., Anichini C., Sartini B. et al. Sperm ultrastructure and meiotic segregation in an infertile 47,XYY man. Andrologia 2007;39(6):229–34. DOI: 10.1111/j.1439-0272.2007.00791.x

25. Wong E.C., Ferguson K.A., Chow V., Ma S. Sperm aneuploidy and meiotic sex chromosome configurations in an infertile XYY male. Hum Reprod 2008;23(2):374–8. DOI: 10.1093/humrep/dem377

26. Курило Л.Ф., Дубинская В.П., Остроумова Т.В. и др. Оценка сперматогенеза по незрелым половым клеткам эякулята. Проблемы репродукции 1995;(3):33–8.

27. Rives N., Milazzo J.P., Miraux L. et al. From spermatocytes to spermatozoa in an infertile XYY male. Int J Androl 2005;28(5):304–10. DOI: 10.1111/j.1365-2605.2005.00540.x

28. Murphy K.M., Cohen J.S., Goodrich A. et al. Constitutional duplication of a region of chromosome Yp encoding AMELY, PRKY, and TBL1Y: implications for sex chromosome analysis and bone marrow engraftment analysis. J Mol Diagn 2007;9(3):408–13. DOI: 10.2353/jmoldx.2007.060198

29. Robinson D.O., Jacobs P.A. The origin of the extra Y chromosome in males with a 47,XYY karyotype. Hum Mol Genet 1999;8(12):2205–9. DOI: 10.1093/hmg/8.12.2205

30. Morel F., Roux C., Bresson J.L. Sex chromosome aneuploidies in sperm of 47,XYY men. Arch Androl 1999;43(1):27–36. DOI: 10.1080/014850199262706

31. Gonzalez-Merino E., Hans C., Abramowicz M. et al. Aneuploidy study in sperm and preimplantation embryos from nonmosaic 47,XYY men. Fertil Steril 2007;88(3):600–6. DOI: 10.1016/j.fertnstert.2006.12.020

32. Shi Q., Martin R.H. Multicolor fluorescence in situ hybridization analysis of meiotic chromosome segregation in a 47,XYY male and a review of the literature. Am J Med Genet 2000;93(1):40–6. DOI: 10.1002/1096-8628(20000703)93:1<40::aid-ajmg7>3.0.co;2-k

33. Milazzo J.P., Rives N., Mousset-Siméon N., Macé B. Chromosome constitution and apoptosis of immature germ cells present in sperm of two 47,XYY infertile males. Hum Reprod 2006;21(7):1749–58. DOI: 10.1093/humrep/del051

Andrology and Genital Surgery. 2023; 24: 73-85

Complex genetic and semen examination in patients with the disomy Y

Shtaut M. I., Solovova O. A., Sorokina T. M., Kurilo L. F., Oparina N. V., Shilova N. V., Chukhrova A. L., Polyakov A. V., Chernykh V. B.

https://doi.org/10.17650/2070-9781-2023-24-4-73-85

Abstract

Background. Among the syndromes with aneuploidy on the sex chromosomes (gonosomes), the Y chromosome dysomy presents the mildest phenotypic manifestation. Most 47,XYY patients are not developed reproductive system abnormalities. Some of them have spermatogenesis defects and in-/subfertility, but the prevalence of male infertility in patients with dysomy Y, is not known. The causes and factors of phenotypic variability, fertility disorders, the spermatogenesis and semen characteristics in patients with dysomy Y have not been sufficiently studied.

Aim. A comprehensive genetic examination, assessment of the state of spermatogenesis and spermatological defects in patients with dysomy Y.

Materials and methods. We examined 25 men with Y-chromosome dysomy. The age of the patients was 32 ± 10 (14–59) years. Chromosome analysis was performed on cultured peripheral blood lymphocytes using a standard cytogenetic method with GTG-staining. Fluorescent in situ hybridization was performed to analyze X and Y chromosomes, gonosomal mosaicism, as well as to evaluate sperm aneuploidy. The Y chromosome microdeletions were detected by multiplex polymerase chain reaction. A standard semen analysis was performed in accordance with the recommendations of the WHO Guidelines (2010). Quantitative karyological analysis of immature germ cells from the ejaculate sediment was performed according to our own previously developed method.

Results. Non-mosaic dysomy Y was diagnosed in 22 patients, including 21 men with karyotype 47,XYY, and one patient with additional chromosomal anomality (Robertson translocation) – karyotype 46,XYY,der(13;14)(q10;q10). XYY/XY mosaicism was revealed in two patients, one has a complex Y chromosome mosaicism with a complete the AZFc (b2/b4) deletion. Pathogenic Y chromosome microdeletions were not found in other patients. In one man, the presence of dysomy Y was suspected according to the results of quantitative fluorescent polymerase chain reaction, but according to the results of cytogenetic examination, the presence of an isodicentric chromosome Yq – karyotype 46,X,psu dic(Y)(p11.3) was detected. Using whole exome sequencing in one azoospermic patient, a heterozygous variant c.653G>A(p.Gly218Asp) was detected in the SYCP2 gene, which encodes one of the proteins of the synaptonemal complex.

Azoospermia (n = 9, 45 %), oligoastenoteratozoospermia (n = 6, 39 %), asthenoteratozoospermia (n = 3, 17 %), and asthenozoospermia (n = 2, 11 %) were diagnosed among 20 semen analysed patients. The volume of ejaculate was 2.7 ± 1.7 (1.0–5.0) ml, the concentration and total number of spermatozoa was 14.9 ± 21.8 (0.0–66.25), 50.4 ± 77.7 (0.0–265.0) mil lions, respectively. Oligospermia was observed in 2 (10%) patients. The quantitative karyological analysis of immature germ cells allowed to detect cryptozoospermia in azoospermic patinents and defects of prophase I of meiosis.

Fluorescent in situ hybridization analysis revealed increased sperm aneuploidy (gonosomal dysomy and nullisomy, dysomy 18 and 21).

Conclusion. Most of infertile men with dysomy Y are non-mosaic, and characterized by defected spermatogenesis (non-obstructive azoospermia or oligozoospermia), due to meiotic arrest at prophase I. Pathogenic AZFc deletion was found in a patient with complex Y chromosome mosaicism. Additional genetic factors of male fertility and spermatogenesis defects were found in some patients, which may explain the phenotypic variability.

References

1. Jacobs P.A., Melville M., Ratcliffe S. et al. A cytogenetic survey of 11,680 newborn infants. Ann Hum Genet 1974;37(4):359–76. DOI: 10.1111/j.1469-1809.1974.tb01843.x

2. Bardsley M.Z., Kowal K., Levy C. et al. 47,XYY syndrome: clinical phenotype and timing of ascertainment. J Pediatr 2013;163(4):1085–94. DOI: 10.1016/j.jpeds.2013.05.037

3. McKinlay Gardner R.J., Armor D.J. Chromosome abnormalities and genetic counseling. 5th edn. Oxford University Press, 2018. 1268 p.

5. Kim I.W., Khadilkar A.C., Ko E.Y., Sabanegh E.S. Jr. 47,XYY syndrome and male infertility. Rev Urol 2013;15(4):188–96.

7. Ogata T., Matsuo N. Sex chromosome aberrations and stature: deduction of the principal factors involved in the determination of adult height. Hum Genet 1993;91(6):551–62. DOI: 10.1007/BF00205079

11. Chernykh V.B., Chukhrova A.L., Beskorovainaya T.S. i dr. Tipy deletsii Y-khromosomy i ikh chastota u muzhchin s besplodiem. Genetika 2006;42(8):1130–6.

12. Chernykh V.B., Stepanova A.A., Beskorovainaya T.S. i dr. Chastota i spektr mutatsii i IVS8-T-polimorfizma gena CFTR sredi rossiiskikh muzhchin s besplodiem. Genetika 2010;46(6):844–52.

13. Rukovodstvo VOZ po issledovaniyu i obrabotke eyakulyata cheloveka. Per. s angl. N.P. Makarova. Nauch. red. L.F. Kurilo. 5-e izd. M.: Kapital Print, 2012. 291 s.

14. Sorokina T.M., Andreeva M.V., Shtaut M.I. i dr. Otsenka sostoyaniya spermatogeneza u patsientov s azoospermiei ili kriptozoospermiei s pomoshch'yu metoda kolichestvennogo kariologicheskogo analiza nezrelykh polovykh kletok. Andrologiya i genital'naya khirurgiya 2019;20(1):75–81. DOI: 10.17650/2070-9781-2019-20-1-75-81

16. Gordeeva E.G., Shileiko L.V., Pankratova O.S., Kurilo L.F. Chastota aneuploidii v gametakh u fertil'nykh muzhchin. Genetika 2011;47(5):828–35.

17. An International System for Human Cytogenetic Nomenclature (2020). Ed. by J. McGowan-Jordan, R.J. Hastings, S. Moore. Karger Publishing, 2020. 151 r.

18. Oparina N.V., Raigorodskaya N.Yu., Latyshev O.Yu. i dr. Tkanevoi gonosomnyi mozaitsizm u patsientov s narusheniem formirovaniya pola, svyazannym s anomaliyami differentsirovki gonad. Genetika 2021;57(11):1306–17. DOI: 10.31857/S0016675821110102