Các đột biến gen thường gặp gây hiếm muộn nam (Phần 1): Đột biến mất đoạn AZF

1. Đại cương

Vùng AZF nằm trên nhánh dài nhiễm sắc thể giới tính Y của người nam (Yq11), có mối liên quan mật thiết tới việc sinh tinh trùng ở nam giới. AZF có 3 vùng chính là AZFa, AZFb và AZFc có chứa các gen quy định sản xuất tinh trùng ở nam. Ngoài ra, các gen không nằm trong vùng AZF trên NST Y (Yp11.2) nhưng cũng gây hiếm muộn nam như gen SRY (Sex determining region Y) hay TDF (Testis determining factor - yếu tố biệt hóa tinh hoàn) có vai trò trong việc hình thành giới tính.

Mất đoạn nhỏ trên nhiễm sắc thể giới tính Y là nguyên nhân bất thường di truyền phổ biến thứ hai gây hiếm muộn nam sau hội chứng Klinefelter (47,XXY).

10 - 30% các trường nam giới không có tinh trùng (Azoospermia) và 5 - 10% thiểu tinh nặng (Severe oligospermia) bị mất đoạn nhỏ trên nhiễm sắc thể Y.

Đột biến mất đoạn AZF là nguyên nhân bất thường di truyền phổ biến gây vô sinh nam

2. Cấu trúc các vùng và trình tự AZF

Trên nhiễm sắc thể giới tính Y có vùng đặc hiệu nam, không tương đồng với nhiễm sắc thể giới tính X (MSY: Male specific region of the chromosome Y). Tại vùng này có chứa nhiều gen kiểm soát sự hình thành giới và sinh tinh trùng, vùng có chứa các nhóm gen sinh tinh trùng được gọi là tiểu vùng AZF thuộc MSY, các đột biến mất đoạn gen tại vùng AZF dẫn đến hiếm muộn nam. Hầu hết các gen đặc trưng của nhiễm sắc thể Y nằm ở vùng AZF này. Có 3 vùng AZF chính là AZFa, AZFb và AZFc.

Cấu trúc nhiễm sắc thể giới tính Y, các vùng và trình tự AZF

Vùng AZFa nằm gần tâm nhiễm sắc thể Y, kích thước 800kb, mã hóa các gen USP9Y (Ubiquitin specific peptidase 9, Y - linked), DBY (Dead box on Y) và UTY (Ubiquitously transcribed tetratricopeptide repeat gene, Y - linked). Gen USP9Y bao gồm 46 exon, có kích thước 159kb, mã hóa một protease đặc hiệu ubiquitin và thuộc họ peptidase C19. USP9Y không cần thiết cho sự sinh tinh trùng bình thường, nhưng khi kết hợp với mất đoạn các gen khác trong khu vực AZFa gây ảnh hưởng đến chức năng sinh sản. Gen DBY bao gồm 17 exon, kích thước 16kb, được biểu hiện trong mô tinh hoàn, mã hóa protein ARN helicase phụ thuộc ATP ở người và đóng một vai trò quan trọng trong quá trình sinh tinh trùng, đây là 1 gen có sinh tinh trùng rất quan trọng. Tỷ lệ đột biến mất đoạn gen DBY cao ở người bệnh hiếm muộn. Gen UTY mã hóa một loại protein rất giàu lặp lại tetratricopeptide mất đoạn gen thường đi kèm với mất đoạn gen DBY gây hiếm muộn nam.
Vùng AZFb nằm giữa AZFa và AZFc, kích thước lớn 6,2Mb đến 7,7Mb, có đoạn trùng lặp với vùng AZFc 1,5Mb. Các gen bao gồm KDM5D (Lysine K - specific demethylase 5D), EIF1AY (Eukaryotic translation initiation factor 1A, Y - linked), RPS4Y2 (Ribosomal protein S4 Y isoform 2), CYORF15 (Chromosome Y open reading frame 15A and 15B), XKRY (XK, Kell blood group complex subunit - related, Y - linked), HSFY (heat shock transcription factor, Y - linked). Gen KDM5D có vai trò sinh tinh trùng và tái cấu trúc tế bào sinh tinh (trong kỳ đầu I của giảm phân). Gen EIF1AY có vai trò khởi đầu quá trình dịch mã. Gen RPS4Y2 điều hòa sau phiên mã quá trình tạo tinh trùng. Gen CYORF15 liên quan đến điều hòa phiên mã tổng hợp các nguyên bào xương, vai trò trong sinh tinh chưa được biết rõ.
Vùng AZFc thuộc vùng xa của nhánh dài nhiễm sắc thể Y, kích thước 4,5Mb, mã hóa 21 họ gen. Tuy nhiên có 7 họ gen thuộc vùng AZFc ở vị trí hay mất đoạn, đó là: DAZ (Deleted in azoospermia), BPY2 (Basic Charge Y - Linked 2) và CDY1 (Chromodomain Y - Linked 1/ CDY1a và CDY1b), GOLGA2LY1 (Golgi autoantigen, golgin subfamily a2 - like, Y - linked 1), CSPG4LYP1 (Chondroitin sulfate proteoglycan 4 - like, Y - linked pseudogene 1), RBMY1 (RNA binding motif protein, Y - linked, family 1, member A1) và PRY (PTPN13 - like, Y - linked). Trong đó, 3 họ gen chính ảnh hưởng tới quá trình sinh tinh là DAZ, BPY2 và CDY1. Gen DAZ thuộc họ gen bao gồm gen BOULE và DAZL là những gen nằm trên nhiễm sắc thể thường, nhóm gen này mã hóa cho loại ARN gắn protein được tìm thấy ở dòng tế bào sinh dục nguyên thủy. Gen DAZ có bốn bản sao trên NST Y, mất đoạn ở những gen DAZ2, DAZ3, DAZ4 đều thấy ở cả những trường hợp hiếm muộn hay bình thường và có thể di truyền từ người cha. Tuy nhiên, mất cặp DAZ1/DAZ2 chỉ phát hiện ở trường hợp vô sinh. DAZ1 đóng vai trò thiết yếu đối với quá trình tạo tinh. Gen BPY2 và CDY1 mã hóa protein đặc hiệu điều hòa quá trình sinh tinh. Một số gen ánh xạ từ vùng AZFb tới vùng AZFc như: RBMY1 (RNA binding motif protein, Y - linked, family 1, member A1), PRY (PTPN13 - like, Y - linked), bao gồm cả các gen DAZ, CDY1, BPY2 tuy nhiên thuộc vùng AZFc. Gen RBMY1 mã hóa cho ARN gắn protein (RNA binding protein), yếu tố được biểu hiện ở nhân tinh nguyên bào, tinh tử và tiền tinh trùng. Gen PRY mã hóa 2 đơn vị PRY1 và PRY2 cho vùng AZFb đặc hiệu trong tinh hoàn, mã hóa PRY3 và PRY4 cho AZFc. Gen PRY có vai trò quan trọng điều hòa quá trình chết theo chu trình, một quá trình cần thiết để loại bỏ tinh trùng bất thường.
Vùng AZFd được đề xuất để chỉ vùng trùng lặp giữa AZFb và AZFc. Các trình tự ADN trùng lặp bao gồm: sY133, sY145, sY152 và sY153.

3. Cơ chế đột biến mất đoạn AZF

Mất đoạn nhỏ AZF xuất hiện do lỗi tái tổ hợp không tương đồng của nhiễm sắc thể Y. Thí dụ, mất đoạn vùng AZFa là hậu quả của sự tái tổ hợp không tương đồng của trình tự virus nội bào HERV15yq1 và HERV15yq2 thuộc vị trí đầu gần Yq11, mất đoạn hoàn toàn AZFb do tái tổ hợp không tương đồng giữa vùng P5 và đầu gần P1 của Yq, mất đoạn AZFc là kết quả của tái tổ hợp b2 và b4 thuộc vị trí P3 và P1, với vùng Yq12 không tương đồng. Mất đoạn AZFbc do tái tổ hợp không tương đồng vị trí P5 và đầu xa P1.

Phân loại mất đoạn nhỏ trên nhiễm sắc thể Y: Các mất đoạn nhỏ vùng AZF trên nhiễm sắc thể Y xảy ra tại vị trí q11.23 và thường phân chia theo vị trí AZFa, AZFb, AZFc hoặc AZFd. Có các kiểu mất đoạn nhỏ như sau:

Mất đoạn hoàn toàn AZFa thường tương ứng với 792kb chưa ít nhất 2 gen.
Mất đoạn hoàn toàn AZFb tương ứng với 6,23Mb chứa 32 gen và các họ gen đặc trưng cho tinh hoàn.
Mất đoạn hoàn toàn AZFc tương ứng 3,5Mb chứa 7 họ gen.
Mất đoạn nhỏ phối hợp: AZFab, AZFac, AZFad, AZFabc, AZFbc, AZFbd và AZFbcd.

4. Chẩn đoán

Chẩn đoán mất đoạn nhỏ AZF trên nhiễm sắc thể Y được thực hiện ở người nam bị hiếm muộn nguyên phát. Xét nghiệm tinh dịch đồ không có tinh trùng (azoospermia) hoặc ít tinh trùng (oligospermia), số lượng tinh trùng thường dưới 5 triệu/mL tinh dịch hoặc dưới 15 triệu/mL tinh dịch. Nội tiết tố bình thường. Karyotype 46,XY hoặc có thể kèm theo bệnh lý rối loạn số lượng hay cấu trúc nhiễm sắc thể. Một số trường hợp karyotype phát hiện nhiễm sắc thể Y bị mất đoạn nhánh dài (Yq), Yq ngắn hơn so với bình thường.

Một số kỹ thuật di truyền phân tử dùng để chẩn đoán mất đoạn nhỏ AZF: kỹ thuật multiplex PCR, Real - time PCR, kỹ thuật phân tích kích thước đoạn gen.

Quy trình kỹ thuật di truyền phân tử chẩn đoán mất đoạn AZF:

Mẫu máu người nam 2mL được chiết tách ADN tổng số.
Sử dụng các trình tự ADN đặc hiệu cho các gen thuộc các vùng AZFa, AZFb, AZFc và AZFd để phát hiện mất đoạn nhỏ (Sơ đồ 3.3). Chọn 2 trình tự cho mỗi vùng để phát hiện mất đoạn nhỏ AZF cơ bản, mở rộng thêm khi có chỉ định.
Các trình tự cho AZFa: sY83, sY85, sY86, sY84, sY87, sY88, sY90, sY1317, sY1316, sY1234. Vùng AZFa cơ bản: sY84, sY86.
Các trình tự cho AZFb: sY127, sY134, sY114, sY117, sY121, sY135, sY142, sY143,…Vùng AZFb cơ bản: sY127, sY134.
Các trình tự cho AZFc: sY254, sY255, sY1191, sY1192,…Vùng AZFc cơ bản: sY254, sY255.

Các trình tự vùng AZF cơ bản dùng để chẩn đoán vi mất đoạn

Các trình tự AND sử dụng cho chẩn đoán mất đoạn AZF abc bao gồm: SRY, ZFY (là các trình tự chứng cho người nam và người nữ), sY84, sY86 (AZFa), sY127, sY134 (AZFb), sY254, sY255 (AZFc). Người nam không bị mất đoạn sẽ xuất hiện đồng thời tất cả các trình tự được phân tích. Người nam bị mất đoạn nhỏ sẽ không xuất hiện các trình tự bị mất.

5. Đặc điểm lâm sàng và tiên lượng

Mất đoạn AZFa: ức chế hoàn toàn sự phân chia và trưởng thành của các tế bào sinh tinh, người nam mắc hội chứng chỉ có tế bào sertoli (Sertoli cell only syndrome - SCOS). Ngoài việc không có tinh trùng trong tinh dịch, cũng không thể lấy được tinh trùng trưởng thành trong ống sinh tinh bằng các kỹ thuật can thiệp như mổ vi phẫu, sinh thiết tinh hoàn. Các trường hợp này nên sử dụng ngân hàng tinh trùng nếu muốn có con.
Mất đoạn AZFb: tinh nguyên bào vẫn phân chia được thành tinh bào, nhưng bị gián đoạn nên không hình thành được tinh trùng người bệnh không có tinh trùng trong tinh dịch và cũng không thể lấy được tinh trùng từ tinh hoàn.
Mất đoạn AZFc: có tinh trùng trưởng thành, tùy thuộc các gen bị mất đoạn, người nam có thể không có hoặc có ít tinh trùng, đây là thể nhẹ nhất trong 3 thể mất đoạn AZF. Các trường hợp mất đoạn AZFc, 70% vẫn có cơ hội để tìm thấy tinh trùng bằng kỹ thuật TESE và có thể sinh con bằng phương pháp ICSI. Những đứa trẻ là con trai cũng sẽ bị mất đoạn AZFc giống như người cha.
Các trường hợp mất đoạn AZFa, AZFb+c, người bệnh nên sử dụng ngân hàng tinh trùng.

Đột biến mất đoạn AZF có thể gây không có hoặc có ít tinh trùng

Trong quần thể, tỷ lệ mất đoạn AZFc cao nhất, tiếp đến là các mất đoạn AZFbc, AZFb, AZFabc, AZFa và AZFac. Các mất đoạn nhỏ AZF phần lớn là đột biến mới phát sinh, nếu người bệnh mất đoạn AZF dùng phương pháp hỗ trợ sinh sản (các trường hợp mất đoạn AZFc), các đột biến sẽ di truyền trực hệ cho người nam.

Cần thực hiện chẩn đoán sớm mất đoạn AZF ở tất cả các trình tự của vùng AZFabc cho người nam bị hiếm muộn không có tinh trùng hoặc thiểu tinh để người bệnh được tư vấn và điều trị hiếm muộn hiệu quả.

Xem thêm: Các đột biến gen thường gặp gây hiếm muộn nam giới (Phần 2): Đột biến gen CFTR