GENETICA DE LA INEERTILIDAD MASCULINA HUMANA Prof. Dr. A. J. Solari

La infertilidad en los varones no es rara. En 1987, un comité especial de la Organización Mundial de la Salud que coordina estudios sobre reproducción realizados en varios países, estableció que cli 1% de los varones concurrentes a hospitales presentaban azoospermia (carencia de espermatozoides en el semen) u oligospermia (menor cantidad), sin causa conocida de origen (Comhaire et al., 1987). A su vez, se ha estimado (Van Assche et al., 1996) que hasta un 20% de esta infertilidad en los varones es causada por anomalías cromosómicas, ya sea observables en la mitosis o en la meiosis, pero esta incidencia no cubre totalmente las causas genéticas de la infertilidad masculina, puesto que deben agregarse las mutaciones génicas que afectan la fertilidad. La frecuencia de estas últimas es muy poco conocida, salvo algunos casos particulares, como el de la enfermedad fibroquistica con su aplasia bilateral de los conductos deferentes, la cual se encuentra en el 1,5% de los varones infértiles (Vogt, 1997). La convicción que una importante proporción de las infertilidades masculinas eran de origen genético y que eran escasamente modificables por tratamientos, dominó con un cierto sentido de resignación esta área hasta 1992-1995. En esta época se desarrolló un procedimiento técnico laborioso pero muy exitoso, el ICSI o Inyección Intra-Citoplasmática

 de Espermatozoides. Este procedimiento consiste en la introducción artificial (por micromanipulación) de un único espermatozoide u otra célula germinal, en un ovocito, el cual, lugo de ser brevemente mantenido en una cámara de cultivo hasta su transformación en blastocí sto, es implantado en el útero materno, generalmente en forma múltiple. Este procedimiento (ICSI) consta de dos pasos principales: la absorción de un único espermatozoide en la micropipela inyectora, y el segundo paso, la introducción de la punta de esa micropipeta inyectora en el citoplasma del ovocito, que está apoyado en la micropipeta de sostén . Este procedimiento de realiza con un equipo de micromanipulación, bajo un microscopio, y requiere una considerable experiencia del ejecutor, además de un equipo costoso. La mayor desventaja del ICSI es su carácter de procedimiento unicelular, es decir que se opera un ovocito por vez, y se deben implantar varios. Esto se traduce en costos elevados por paciente y números relativamente restringidos de casos ejecutados. Una estadística reciente refiere 730 casos efectuados en Dinamarca entre 1994 y 1997. En esta población de niños gestados luego de ICSI, hubo una mortalidad perinatal de 13,7 por mil, 2,7% de malformaciones severas, 1,7% de malformaciones menores, y 3,3% de los exámenes prenatales revelaron anomalías cromosómicas en los niños engendrados con ICSI (Loft et al., 1999). Esta estadística, así como otras observaciones, permiten dos conclusiones: 1. La notable eficacia del ICSI para lograr embarazos con pacientes infértiles, cuyo pronóstico anterior era deshauciado para la reproducción, y 2. El riesgo, significativo, de encontrar anomalías cromosómicas y mutaciones génicas en los bebés engendrados por este procedimiento, riesgo que lleva al médico genetista a intervenir de forma principalísima en la consideración de 105 procedimientos de reproducción asistida.

En realidad, el médico genetista, entre los muchos papeles que hoy le reclama la sociedad, tiene el de supervisar y aconsejar en los procedimientos médicos relacionados con la reproducción. En esta ocasión al referirnos a la Genética de la infertilidad masculina, nos centraremos en los mecanismos que operan en la infertilidad genética. Esta infertilidad puede clasificarse en tres grandes grupos:

CLASIFICACION DE LAS INFERTILIDADES MASCULINAS DE ORIGEN GENETICO

1.   Anomalías cromosómicas (numéricas y estructurales).

2.     Microdeleciones del cromosoma Y (detectables por análisis del ADN)

3.   Mutaciones génicas (CFTR, etc).

Estos tres grandes grupos comprenden mecanismos muy diferentes del origen de la infertilidad: mientras el primer grupo opera principalmente por perturbaciones de la meiosis en las células germinales del testículo, el segundo grupo determina una alteración variable de la espermatogénesis, que ftecuentemente es la ausencia de células germinales (Sindrome de Sertoli sólo); y en otros casos es el bloqueo parcial o total de la espermatogénesis, a veces en la etapa de espermátida. Este mecanismo obedece a la pérdida de algunos de los genes localizados en una región particular del brazo largo del Y que están relacionados con la espermatogénesis. El tercer grupo es el menos conocido en su rol en la infertilidad, y comprende numerosos genes que afectan desde el aparato genital masculino hasta el metabolismo especial de los espermatozoides. Dentro de este tercer grupo se encuentran las mutaciones del canal de cloro de la enfermedad fibroquística (CFTR), las cuales provocan la detención del desarrollo de los segmentos de los conductos de Wolff precursores del conducto deferente; y las mutaciones de la dineína, que determinan el sindrome del cilio inmóvil o de Kartagener, con la consiguiente incapacidad fertilizante del espermatozoide.

Estos diferentes grupos tienen distintas ftecuencias en los varones infértiles. Recientemente, en un grupo de 133 pacientes infértiles con azoospermia (105) u oligospermia (28), se observó que el 16,6% de los investigados presentaba anomalías cromosómicas, y que el 10,3% presentaba microdeleciones del cromosoma Y, de tal manera que más de la cuarta parte de los pacientes podian ser asignados a infertilidades genéticas de los grupos 1 y2 (Kleiman, S.E., et al., 1999). La determinación de la frecuencia del grupo 3 (mutaciones) requerirá seguramente un largo tiempo. En los últimos tiempos, se han ido probando las incidencias de defectos genéticos transmitidos en los bebés engendrados por ICSI. Así, la presencia de cariotipo XXY (Klinefelter) después de ICSI (Moosani et al., 1999); trisomía del 21 de origen paterno después de ICSI (Bartels et al., 1998); la transmisión de microdeleciones del Y luego del ICSI (Jiang et al., 1998), la transmisión de la translocación Robertsoniana t(13,14) a mellizos engendrados por ICSI (In't VeId et al., 1997), y la transmisión aparentemente inadvertida de mutaciones que producen inmovilidad del espermatozoide (embarazos logrados con espermatozoides de pacientes de 5. de Kartagener y otros). Estas observaciones han reforzado la necesidad de la participación del médico genetista en el campo de la reproducción asistida, así como de la necesidad de profundizar en investigaciones básicas sobre la espermatogénesis.

Uno de los más llamativos fenómenos en la Genética es la gran sensibilidad de la meiosis masculina liente a la presencia de anomalías cromosómicas, que lleva frecuentemente a un bloqueo de la espermatogénesis. En este sentido, las investigaciones básicas sobre la meiosis y los procedimientos de análisis de cromosomas meióticos por biopsia testicular han constituido grandes avances en esta área, pero que deberán necesariamente ser proseguidos y profundizados para disponer de un diagnóstico y de un pronóstico genético adecuados en el campo de la reproducción.

Los cromosomas sexuales (determinantes del sexo) juegan un papel importante en este campo. Los cromosomas sexuales X e Y, fueron considerados por largo tiempo como no

pasibles de recombinación ni de asociación meiótica, en especial por el genetista S. Ohno (recientemente fallecido). La asociación del X con el Y, llamada sinapsis parcial, fue descubierta en nuestro laboratorio en 1970 (Solari, 1970; Solari and Tres, 1970); demostrando un comportamiento tan regular que ha servido para lograr la cronología de los demás sucesos que ocurren en la profase meiótica (paquitene). Posteriormente, en nuestro laboratorio, se demostró la existencia de recombinación limitada a un extremo de los brazos cortos del X e Y (Solan, 1980, Solan, 1981) , lo que fue llamado "Región Pseudoautosómica" (RPA) por el inglés P. Burgoyne en 1982 A partir de 1985 un rápido avance de la genética molecular de los cromosomas sexuales permitió en 1990 el aislamiento o donado del gen SRY del Y humano, determinante del testículo. La región recombiunte RPA ha sido intensamente estudiada, contando con 10 genes (Rappold, 1993), y su presencia es esencial para la meiosis normal, por cuanto su pérdida determina el bloqueo de la espermatogénesis. El par XY humano durante el estadio paquitene se encuentra condensado y carente de transcripción, formando un cuerpo denso llamado cuerpo XY (Solari, 1974, Solan, 1993). La presencia del cuerpo XY inactivo es fundamental en el origen de muchos bloqueos genéticos de la espermatogénesis (Solan, 1999).

Las anomalías cromosómicas en varones infértiles.

Una dc las anomalías cromosómicas más frecuentes en las poblaciones humanas,(1 en cada 1000 nacidos vivos, Therman et al, 1989) son las transiocaciones Rohertsonianas, en especial las t(13;14). Estas translocaciones no necesariamente determinan infertilidad en los varones, pero inciden en la misma, puesto que son mucho más frecuentes en los varones infértiles. El cuadro patológico testicular en los portadores de estas translocaciones ( que por lo demás son asintomáticas y frecuentemente consideradas simples polimorfismos) es variable, siendo el mas frecuente un bloqueo de la espermatogénesis en estadio de espermatocito en meiosis. Recientemente, se han analizado los espermatocitos de estos portadores inferti les y se ha detectado el posible mecanismo de bloqueo espermatogénico (Solari, 1999). Los trivalentes formados en los espermatocitos de estos portadores pueden presentarse en dos estados alternativos: 1) ya sea con "brazos libres", es decir los brazos cortos del #13 y del #14 sin sinapsarse, y capaces de interactuar libremente con otras estructuras; o 2) como "heterosinapsados" o "cerrados", es decir que ambos brazos cortos se sinapsan entre sí, a pesar de no ser homólogos. Las consecuencias son muy diferentes en cada caso: se ha podido observar que en el caso de "brazos libres" estos bracitos tienen una tendencia progresiva a asociarse con el cuerpo XY inactivo, y lo hacen formando adherencias y enroscamientos con los ejes del X y del Y, que se vuelven una red inextricable e indisociable. Por eso, estos bracitos fueron designados "brazos invasores", por su invasión del espacio del cuerpo XY. Los espermatocitos en los cuales esto ocurre, caminan a la muerte celular, y si son suficientes en número, llevan al bloqueo espermatogénico. En cambio, los espermatocitos en los cuales el trivalente es cerrado o heterosinapsado, progresan normalmente en su desarrollo, y no se asocian al par XY. De ahí que el pronóstico de fertilidad o su falta dependa del tipo de trivalente encontrado en el examen de biopsia testicular. Este, sin embargo, no es el único escollo, porque la disyunción del trivalente puede producir gametas desbalanceadas que provocan un aborto, de modo que hay un segundo factor, aún con espermograma normal (en número), que hace necesario el examen con FISH de los espermatozoides, para determinar los porcentajes de los que llevan un complemento anormal.

Las translocaciones reciprocas son relativamente frecuentes, y también contribuyen a desestabilizar la meiosis masculina. Recientemente hemos estudiado, entre otras, un portador de una t(3;21). De nuevo, es el tipo de cuadrivalente en paquitene el que determina el destino vital del espermatocito. mientras los cuadrivalentes “cerrados” no interactúan con el par XY y progresan normalmente, los cuadrivalentes que poseen "brazos invasores" se vinculan al cuerpo XY y degeneran (Solarí, 1999).

Casos aún más patentes son los de las traslocaciones entre el X y un autosoma:

prácticamente todos son estériles, con un bloqueo de la espermatogénesis en paquitene. Recientemente hemos estudiado uno de estos casos, descripto por Ferreira et al., 1999. En este caso, al igual que en otros publicados, y en las translocaciones Robertsonianas y reciprocas antes citadas, el mecanismo del deterioro del espermatocito es similar: la extensión del efecto "inactivante" del gen Xist, que normalmente produce la inactivación del cromosoma X solamente, se extiende sobre regiones autosómicas, que transcriben muy activamente en el espermatocito normal. Esta paralización de su actividad normal lleva a la degeneración del espermatocito (Solari, 1999).

Otro caso importante por su frecuencia son los hombres XYYo con disomía del Y (1 cada 1000 varones nacidos vivos). Recientemente hemos investigado uno de estos casos (Solari and Rey Valzacchi, 1997) en el cual existía una oligospermia muy severa y un cuadro de bloqueo homogéneo de la espermatogénesis. Aquf, los espermatocitos que mayoritariamente (86%) forman un bivalente YY y un univalente X, caminan a la degeneración en la primera división meiótica, que no soporta la presencia de un X univalente en la metafase 1; otro 5% falla durante el paquitene, y sólo un 9% que puede formar un trivalente XYY puede avanzar en la espermatogénesis, pero debido a la vinculación (a través de los puentes intercelulares) con otros que degeneran, muy pocos pueden avanzar en la espermatogénesis. Aún estos pocos, posiblemente son portadores de complementos aneuploides, en una frecuencia significativa, y por consiguiente son un riesgo para el ICSI (Solari y Rey Valzacchi, 1997).

Justamente, la distinción entre pacientes con riesgo elevado o bajo de transmitir anomalías genéticas a través del ICSI se ha planteado como un objetivo importante. En este sentido, el riesgo de transmisión de mutaciones es del 50% y el riesgo de expresión de las mismas, en caso de ser recesivas, es igual a la frecuencia de portadores inaparentes. El riesgo de transmisión de las microdeleciones del Y es del 50% sin contar el sexo, y del 100% en el caso de ser varones. Con respecto a las anomalías cromosómicas, se creía que el S. de Klinefelter y la disomía del Y serían pacientes de bajo riesgo, pero esta expectativa, en el caso de la disomía del Y con bloqueo espermatogénico, es probablemente infundada. En el Sindrome de Klinefelter, que constituyó un caso paradigmático por el éxito en obtener embarazos (Bourne et al., 1997; Nodar et al, 1998), es muy probable que los pacientes tampoco puedan calificarse como de bajo riesgo, por cuanto Foresta et al. (!999) han observado que 28% y 30% de los espermatozoides eran aneuploides en los dos pacientes que tenían espermatogénesis residual..

Como conclusión, los estudios genéticos, que han acompañado los avances en biología reproductiva, deberán ser incrementados y profundizados en los próximos años para responder a las necesidades actuales de la Medicina.

Dr. Alberto Juan Solari CIR, Facultad de Medicina, UBA

 

REFERENCIAS

Bartels, I., Schlosser, M., Bartz, U.G., Pauer, H.U.: Paternal ongin of trisomy 21 following intracytoplasmic sperm injection (ICSI). Hum. Reprod. 13: 3345-3346(1998).

Bournc, H., Stern, K., Clarke, G. Et al.: Delivery of normal twins following the intracytoplasmic injection of spermatozoa from a patient with 47,XXY Klinefcltcr syndrome. Hum. Reprod. 12: 2447-2450(1997).  

Comhaire, F.H., de Kretzer, D., Farley, T.M.M., et al.: Towards an objective evaluation of signs and symptoms in male infertility. Int. J. Androl. 7 (Suppl.) 3-9(1987).

Ferreyra, M.E., Mermoz, M., Sciorra, 3.M., Zurita, M.: Azoospermia en un individuo con translocación recíproca balanceada entre un cromosoma sexual (X) y un autosoma (2). 29avo. Congreso Soc. Mg. Genet., Rosario, 5-8 Septiembre 1999, p.237.

Foresta, C., Galeazzi, C., BettelIa, A., Marin, P., Rossato, M., Garolla, A., Ferlin, A.:

Analysis of meiosis in intratesticular germ cells from subjects affected by classic

Klinefelter's syndrome. J. Clin. Endocrinol. Metab. 84:10, (1999).

In't Veid, P., Weber, R.F.A., Los, F.J., Hollander, N. d., Dhont, M., Pieter, M.H.E.C., Van

Hemel, J. O.: Two cases of Robertsonian translocations in oligozoospermic males and their

consequences for pregnancies induced by intracytoplasmic sperm injection. Hum. Reprod

12:1642-1644(1997).

Jiang, M.C., Lien, Y.R., Chen, S.U., KO, T.M., Ho, H.N., Yang, Y. S.: Transmision of the novo mutations of the deleted in azoospermia genes from a severely oligozoospermic male to a son via intracytoplasmic sperm injection. Fertil. Steril. 71:1029-1032(1998).

Kleiman, S.E., Yogev, L., Gamzu, R., Hauser, R., Botchan, A., Lessing, J.B., Paz, G., Yavetz, H.: Genetic evaluation of infertile men. Hum. Reprod. 14:33-38(1999).

Lofl, A, Petersen, K., Erb, K., Mikkelsen, A.L., et al.,: A Danish national cohort of 730

infants born after intracytoplasmic sperm injection (ICSI) 1994-1997. Hum. Reprod. 14: 2143-2148(1999).

Mooani, N., Chernos, J., Lowry, R.B., Martin, R.H., Rademaker, A.: A 47,XXY fetus resulting from ICSI in a man with an elevated frequency of 24,XY spermatozoa. Hum. Reprod 14:1137-1138(1999).  

Nodar, F., DE Vicentus, S., O1médo,~ S.B., Papier, 5., Urrutia, F., Acosta, A.A.: Fertil. Steril. 71:1149-1152 (1998).

Rappold, G.A., The pseudoautosomal regions of the human sex chromosomes. Hum. Genet. 92:315-324(1993).

Solari, A.J.: The spatial relationship of the X and Y chromosomes during meiotic prophase in mouse spermatocytes. Chromosoma 29:217~36 (1970).

Solari, A.J.: The behaviour of the XY pair in mammals. Internat. Rev. Cytol. 38:273-317 (1974).

Solari, A.J.: Synaptonemal complexes and associated structures in microspread human spermatocytes. Chromosoma 81:315-337(1980) 

Solari, A.J.: Synaptic behaviour and recombination nodules in the human XY pair. Genetica 77:149-158(1988).

Solari, A.J.: Sex Chromosomes and Sex Determination in Vertebrates, CRC Press, Boca Raton, 1993.

Solari, A.J.: Review: Synaptonemal complex analysis in human male infertility. Eur.J. Histochem. 43: 265-276(1999).

SoIari, A.J., and Tres, L.: The 3-D reconstruction of the XY chromosomal pair in human spermatocytes. 1. Cell Biol. 45:43-53 (1970).

Solari, A.J., Rey Valzacchi, G.: The prevalence of a YY synaptonemal complex over XY synapsis in an XYY man with exclusive XYY spermatocytes. Chrom. Res. 5:467-474 (1997).

Therman, E., Susman, B., and Denniston, C.: The non-random participation of human acrocentric chromosomes in Robertsonian translocations. Ann. Hum. Genet. 53:49-65 (1989).

Van Assche, E., Bonduelle, M., Touniaye, H., Jons, H., et al: Cytogenetics of infertile men. Hum. Reprod. (suppl.) 11,4, 1-26(1996).

Vogt, P.: Molecular basis of male (in)fertility.Int. J. Andro1. 20: (suppl. 3)2-10(1997).