ÖZ
Amaç
İnfertilite esas olarak prematür over yetmezliğinden (POI) kaynaklanır. POI’nin genetik temelinde birden fazla gen bulunduğundan, durumun genetik incelemesi klinik tanının bir bileşeni olmalıdır. Araştırmamızın amacı, POI’nin genetik geçmişini bir Türk kohortunda analiz etmekti.
Gereç ve Yöntem
Başlangıç yaşı 18 ila 39 arasında değişen hastalar çalışmaya dahil edildi. Her hasta POI ile ilişkili Frajil X ön mutasyonu premutasyonu için önceden tarandı ve karyotipler 46,XX idi. Genetik değişiklikleri tespit etmek için POI ile bağlantılı 26 genin yeni nesil dizilemesi (NGS) aralarında akrabalık bulunmayan 68 bireyde gerçekleştirildi.
Bulgular
Hastalığın olası nedensel varyasyonlarını bulmak için hedefli panel dizilemesini kullanmak amacıyla 68 akrabalık ilişkisi bulunmayan POI hastasının DNA örneklerini inceledik. Hasta grubunda POI ile ilişkili 3 gende 3 heterozigot klinik önemi bilinmeyen varyant ve bir heterozigot olası patojenik varyasyon saptanmıştır. Bu varyantlar 3 genle ilişkiliydi: Yenidoğan yumurtalık homeoboks geni (NOBOX), GDF9 ve STAG3.
Sonuç
POI, giderek artan sayıda gen ve çeşitli fenotipik özelliklerle karmaşık bir genetik geçmişe sahiptir. Bu, POI ile ilgili 26 adet genin etkisine odaklanan Türkiye’nin ilk genetik epidemiyoloji çalışmasıdır. Hasta grubumuzda tespit ettiğimiz varyasyonlar arasında, STAG3 geninde tespit ettiğimiz varyasyon daha önce bildirilmemiştir. NOBOX geninde 2 hastada 2 ayrı varyasyon saptanmıştır. Son olarak GDF9 geninde bir adet varyasyon saptanmıştır. STAG3 genindeki varyasyon olası patojenik olarak sınıflandırılmıştır. NOBOX ve GDF6 genlerindeki varyasyonlar klinik önemi bilinmeyen sınıfında yer almaktadır. İnsan folikülogenezini yöneten karmaşık ağ nedeniyle, bireysel hastalar önemli fenotipik çeşitlilik göstermektedir ve bu durum POI tanısına yardımcı olmak için dizileme yöntemlerinin geliştirilmesini gerekli kılmaktadır. NGS taramasının kapsamını daha önce infertilite ile ilişkilendirilen genleri de kapsayacak şekilde genişletmek, POI için daha kesin, hızlı ve uygun fiyatlı genetik tanılamalara olanak sağlayabilir. Hastaların genomik analizi klinik karar almada yardımcı olabilir ve yaklaşan klinik denemeler ve tedaviler için kapıyı açabilir.
GİRİŞ
Prematür over yetmezliği (POI), 40 yaşından önce over fonksiyonunun durmasını ifade etmektedir. 2000’li yılların sonunda, bu prematüre over yaşlanması durumunu daha doğru bir şekilde tanımlamak için POI terimi benimsenmiştir. Bu terminoloji, bu işlev bozukluğuna sahip kadınların zaman zaman kendiliğinden foliküler gelişim, adetlerin geri dönmesi ve hatta tanıdan sonra gebe kalma yaşayabileceğini vurgulamaktadır1, 2. POI, over foliküllerinin tükenmesiyle karakterize edilir ve 40 yaşından önce kısırlığa yol açar ve çeşitli klinik fenotiplerle ortaya çıkar3. Bu durum, en az dört ay boyunca adet görmeme (amenore veya oligomenore), yüksek gonadotropin seviyeleri [folikül stimülan hormon (FSH) > luteinize edici hormon] ve hipoöstrojenizm ile tanımlanır4. Genellikle ergenliği gecikmiş, meme gelişimi olmayan ve adet görmeyen bireylerde yaşamın erken dönemlerinde tanımlanan birincil amenore, ilk uyarı işareti olabilir. Bununla birlikte, en yaygın POI fenotipi olan ikincil amenore, 20 ila 40 yaşları arasında ortaya çıkar ve normal ergenlik gelişimiyle birlikte düzensiz adet döngüsünü izleyen amenore ile karakterizedir3. Çalışmalar, kadınlar arasında POI’nin küresel genel prevalansının %3,5 olduğunu göstermiştir. Alt grup analizine göre, iatrojenik etiyolojisi olan kadınlar arasında POI prevalansı %11,2 idi, bunu otoimmünite (%10,5) takip ediyordu; bölgelere göre POI prevalansı %11,3 ile Kuzey Amerika’da en yüksekti, bunu Güney Amerika (%5,4) takip ediyordu; ve POI prevalansı gelişmekte olan bir ülkede %5,3 ile, gelişmiş bir ülkedeki %3,1’den daha yüksekti. POI prevalansının son 20 yıldaki eğilimi artıştaydı (p>0,05 olmasına rağmen)5.
Genetik kusurlar, otoimmün bozukluklar, iatrojenik nedenler (kemoterapi veya radyasyon tedavisi gibi), viral enfeksiyonlar, zehirler veya hatta idiyopatik durumlar POI’ye katkıda bulunabilir5. Bununla birlikte, etkilenen kadınların çoğunun pozitif bir aile geçmişi vardır. Çeşitli genetik etyolojilere sahip POI, olguların kalıtsal durumunu gösterebilir6. Cerrahi, tıbbi, enfeksiyöz veya otoimmün over hasarları POI’nin diğer bilinen nedenleridir7.
Genetik faktörler açısından, POI fenotipi kromozomal anormallikler ve monogenik bozuklukların etkisiyle başlayabilir. POI’nin klinik tanısının doğrulanmasının ardından kromozom analizi, frajil-X premutasyon (FMR1) testi, tiroid ve adrenal (21-hidroksilaz) antikorlarının değerlendirilmesi ve pelvik ultrasonografi yapılmalıdır3. Bireylerin yaklaşık %10-13’ü kromozomal anormallikler sergiler8. Kromozomal kökenler açısından, X kromozomu anormallikleri POI olgularının %12’sini oluşturmaktadır. Bu anormallikler monozomi, trizomi, delesyonlar, duplikasyonlar ve X-otozom translokasyonlarını kapsamaktadır9. POI ile potansiyel olarak ilişkili olan kritik X kromozomal bölgeleri sitogenetik çalışmalar yoluyla tanımlanmıştır. POI, Xq21.3-q27 bölgesindeki delesyonlar veya Xq13.3-q21.1 bölgesindeki X-otozom translokasyonları ile ilişkilendirilmiştir. Ek olarak, POI, X kromozomunun p kolunun delesyonu ile ilişkilendirilmiştir. Sitogenetik analiz, karyotipleri sayısal değişiklikler açısından değerlendirmek için kullanılabilir ve array karşılaştırmalı genomik dahil olmak üzere çeşitli yöntemler, POI bağlamında kopya sayısı varyantlarını tanımlamak için geliştirilmiştir10.
Ayrıca, Fragile-X sendromuyla sonuçlanan FMR1 geninin 5’ regülatör bölgesindeki bir sitozin-guanin-guanin tekrarının genişletilmesi de sendromik POI’ye katkıda bulunabilir. FMR1 premutasyonu etkilenen kadınların yaklaşık %20’sinde POI ile bağlantılı olduğundan, POI tanısı konulan kişilerde varlığı araştırılmalıdır11. Başka bir çalışmada önerildiği gibi, FMR2 genindeki mikrodelesyonlar da POI’ye önemli ölçüde katkıda bulunabilir12. POI olgularının çoğunda, altta yatan net bir neden bulunamaz; ancak, bu tarama POI etiyolojisini belirlemede yararlı olabilir. Dahil olan genetik bozukluklar arasında yalnızca Turner sendromu ve FMR1 (Fragile X zihinsel gerilik tip 1) gen premutasyonu değil, aynı zamanda monogenik bozukluklar da bulunur. Karyotip analizi, düşük çözünürlük nedeniyle tüm POI olgularını çözmek için yetersizdir. FMR1 gen premutasyonu analizi olguların yalnızca bir kısmını çözebildiğinden (%3 ila %15 POI olguları), monogenik gen analizi en doğru yöntem seçimi gibi görünmektedir13. Bu nedenle, POI tanısını destekleyecek pozitif bulgulara ulaşılamaması durumunda bir sonraki adım monogenik analiz olmalıdır.
İnsan folikülogenezini yöneten karmaşık ağın, çeşitli genetik etiyolojiye sahip POI sendromunda önemli fenotipik varyansa yol açtığı göz önüne alındığında, NGS analizi POI için daha doğru, hızlı ve uygun maliyetli bir genetik tanı sunabilir14-2. Ayrıca, bu durum için oligogenik kökenleri varsayan bir teori önerilmiş olup, çok genli panel dizilemesinin gerekliliğini vurgulamaktadır15, 16. Önceki çalışmalar, bu genlerin dişi cinsiyet kromozomundaki POI1 ve POI2 lokuslarında kümelenmiş olabileceğini öne sürmektedir17 . Birkaç X ve otozom kodlu genin, insan folikülogenezinde rol oynayabilecekleri için POI için kritik adaylar olduğu öne sürülmektedir. Klinik ortamlarda POI’nin genetik etiyolojisine işlevsel katkılarının daha fazla araştırılmasıyla daha etkili bir tanı yolu geliştirilebilir.
İdiyopatik POI’nin genetik nedenlerine ilişkin anlayışımız yeni nesil dizileme (NGS) döneminde önemli ölçüde artmıştır. İyi bilinen genlerin [FSHR, GDF9, BMP15, FIGLA ve yenidoğan yumurtalık homeoboks geni (NOBOX)] çok sayıda yeni patojenik varyantı, yüksek verimli dizileme yaklaşımları aracılığıyla POI ile ilişkilendirilmiştir3. Cinsiyet kromozomu yeniden şekillenmesi, metabolizma, otoimmün ilişkiler, mayoz ve DNA onarımı, oogenez, folikülogenez, hormon sinyalizasyonu ve germ hücre gelişimindeki rolleri nedeniyle, bu genlerin POI etiyolojisinde rol oynadığı öne sürülmüştür. Ayrıca, kapsamlı genomik araştırma, şu anda bilinmeyen POI’nin altında yatan ek gen varyantlarının keşfedilmesinin önünü açmaktadır. Artan bilgimiz, POI hastalarının genetik yapısını analiz ederken daha umut verici sonuçlara yol açabilir ve POI’li kadınlar için potansiyel tedavileri keşfetmek için yeni yollar ortaya çıkarabilir. Bu, NGS yönteminin potansiyelinden yararlanan Türk POI hastaları üzerinde bugüne kadar yapılmış tek kapsamlı genomik araştırmadır.
GEREÇ VE YÖNTEMLER
Denekler
40 yaşından önce en az altı ay amenore yaşayan ve FSH plazma düzeyleri 40 IU/L’yi aşan, POI tanısı almış Türk-ilişkisiz 68 hasta çalışmaya alındı. Başlangıç yaşı 18 ila 39 arasında değişiyordu. Her hastaya FMR1 moleküler analizi yapıldı ve en az 20 hücre karyotiplendi. Karyotip veya başka bir karyotip anormalliğine dayanarak Turner sendromu olduğu bulunan hastaları ve FMR1 premutasyonu olan hastaları hariç tuttuk. Daha önce gonadotoksik tedavi (kemoterapi veya pelvik radyasyon) veya kapsamlı over cerrahisi geçiren hastalar da çalışmadan hariç tutuldu. Tüm bu dışlama kriterleri karşılandıktan sonra NGS analizi yapıldı. Her hasta bilgilendirilmiş onam veren bir belge imzaladı. Yerel etik komitesi, çalışmayı onayladı. İnsan katılımcıları içeren çalışmada gerçekleştirilen tüm prosedürler, Trakya Üniversitesi Tıp Fakültesi Bilimsel Araştırmalar Etik Komitesi tarafından onaylanmış olup (karar no: TÜTF-BAEK 2018/319, tarih: 01.10.2018) ve Helsinki Deklarasyonu’na uygun olarak yapılmıştır. Altmış sekiz POI hastasına (P01∼P68) hedefli panel dizilemesi yapıldı.
Hedefli Panel Dizilemesi
Amacımız bilinen her POI risk lokusunu kapsamaktı. Literatürdeki bilgilere dayanarak, araştırılan 26 genin bir listesi derlendi (Tablo 1).
Altmış sekiz örnek QIAseq Hedefli DNA Özel Paneli (Qiagen, Hilden, Almanya) kullanılarak dizilendi. İki mililitre (2 mL) periferik kan toplandı ve antikoagülasyon tüplerinde saklandı. Genomik DNA, EZ1 DNA Araştırma Kiti (Qiagen, Hilden, Almanya) kullanılarak periferik tam kandan izole edildi. DNA ekstraksiyonundan sonra, hedef diziler özel yakalama probu çipleri (Illumina, San Diego, CA) kullanılarak zenginleştirildi. Bu kit, hastalıkla ilişkili 26 gen içeriyordu. Hedef genleri kapsayan kütüphaneler QIAseq Hedefli DNA Paneli Protokolüne (Qiagen, Hilden, Almanya) göre hazırlandı. Hedef zenginleştirme işleminin ardından, kütüphaneler MiSeq sisteminde (Illumina, San Diego, CA, ABD) dizilendi. Kaliteyi kontrol etmek ve Varyant Çağrı Formatı dosyaları oluşturmak için Obsesif Kompulsif Envanter analiz (Qiagen, Hilden, Almanya) kullanıldı. Ekzonlardaki nükleotid değişikliklerinin patojenitesinin silico değerlendirmesi, Polimorfizm Fenotipleme v2 (PolyPhen-2, http:// genetics.bwh.harvard.edu/pph2/), Sorting Intolerant from Tolerant (SIFT, https://sift.bii.a-star.edu.sg/), and MutationTaster (http://www.mutationtaster.org) kullanılarak gerçekleştirildi. Minör alel frekansları, Genom Agregasyon Veritabanı gnomAD’de (http://gnomad.broadinstitute.org/) kontrol edildi. Varyant analizi Ingenuity yazılımı (Qiagen, Hilden, Almanya) kullanılarak gerçekleştirildi. Varyantlar Amerikan Tıbbi Genetik ve Genomik Okulu (ACMG) tarafından önerilen standarda göre yorumlandı. Hedef bölge kapsamı 15 okumadan az olduğunda doğrulama için Sanger dizilemesi yapıldı. Nükleotid değişiklikleri Sanger dizilemesi ile analiz edildi ve doğrulandı. Onaylandıktan sonra, her ACMG yönergelerine göre patojenik, muhtemel patojenik, klinik önemi bilinmeyen varyant (VUS), muhtemel iyi huylu veya iyi huylu olarak sınıflandırıldı. Kapsamı 15X’ten az olan kodlama genomik bölgeleri sonunda Sanger teknolojisi kullanılarak yeniden dizilendi. Tespit edilen tüm varyasyonların Sanger dizilemesiyle doğru olduğu doğrulandı.
NGS analizleri, her birey için 68 örnek için çift-uç okumaları olarak yaklaşık ~14,5 GB veri üretti, 97 bp’ye kadar ortalama okuma uzunluğuna sahipti ve hedeflenen bazların yaklaşık %90’ı (0,2 Mb uzunluk) kapsandı, böylece tek nükleotid polimorfizmleri ve kısa eklemeler veya delesyonlar (indeller) için eşiklerimizi yeterince geçti. Sanger dizilimini ABI 3130 (Applied Biosystems, ABD) kapiler elektroforez cihazında gerçekleştirmek ve varyasyon ve segregasyon analizlerini doğrulamak amacıyla tüm gerekli alanlar için primer setler oluşturuldu.
BULGULAR
Hastalığın olası nedensel varyasyonlarını belirlemek için hedefli panel dizilimi kullanarak POI’li altmış sekiz ilgisiz hastanın DNA örneklerini inceledik. Örneğimizde, POI ile ilişkili üç gen klinik önemi bilinmeyen üç heterozigot VUS ve patojenik olabilecek bir heterozigot gen sergiledi. Franklin’in (çevrimiçi olarak https://franklin.genoox.com adresinden ulaşılabilir) ve VarSome’un18 yardımıyla, tanımlanan varyantlar için klinik yorumlama ve çıkarımları ayrıntılı olarak açıkladık. Tanımlanan tüm varyantlar heterozigottu ve çoğu yanlış anlamlı olarak sınıflandırıldı
(Tablo 2).
POI hastalarının %1,47’sinde (68’den 1’inde) toplamda bir olası patojenik varyant (STAG3) tanımlandı; bu, POI’nin moleküler genetik tanısı olarak kabul edilir. Toplam hasta grubundan üç hastada iki gende belirsiz öneme sahip VUS tespit edildi. Tanımlanan genler NOBOX ve GDF9 idi. 68 hastadan birinde bir çerçeve kayması tespit edildi.
İstatistiksel Analiz
Hastaların özellikleri elektronik tıbbi kayıtların incelenmesi yoluyla toplandı. Medyanlar, aralıklar ve frekanslar gibi tanımlayıcı istatistikler kullanıldı.
TARTIŞMA
POI, artan genler ve çeşitli fenotipik özellikler ile sağlam bir genetik geçmişe sahiptir3. POI fenotipi, mayoz, DNA onarımı, gonadal gelişim (oogenez ve folikülogenez), hormon sinyalizasyonu, immünolojik fonksiyon ve metabolizmayı etkileyen zararlı gen varyasyonları ile ilişkilidir3. Bu çalışma, bilgimize göre, POI ile ilişkili tek bir panelde 26 gene odaklanan Türkiye’deki ilk genetik epidemiyoloji çalışmasını temsil etmektedir ve bu durumla ilişkili genlerde çeşitli genetik değişiklikler tanımlanmıştır. FMR1 patojenik genişlemesi için ön taramadan geçmiş, POI klinik tanısı almış 68 Türk hasta araştırmamıza dahil edildi.
Hastalarımızdan birinde saptanan NM_001282717.2 (STAG3):c.1237_1238insAA varyasyonu, daha önce POI için bildirilmemiş bir çerçeve kayması değişikliğini oluşturmaktadır.
STAG3 tarafından kodlanan kohezin kompleksinin mayoz-spesifik alt birimi, SMC1α/SMC1β, SMC3, RAD21/REC8 veya RAD21L’yi içerir19. Kardeş kromatitleri mitoz ve mayoz sırasında çok proteinli kohezin kompleksi tarafından bir arada tutulur ve bir halka içinde çevrelenir. SMC1β, REC8 ve RAD21L yalnızca meyotik hücrelerde bulunurken, SMC1α ve RAD21 her yerde bulunur20. STAG3 testisler ve yumurtalıklarla sınırlı olsa da21, 22, STAG1/2 mitotik hücrelerde bulunur23. STAG3 geninin fenotipik etkisi çekinik kalıtım gösterir. Caburet ve ark.22 tarafından yapılan çalışmada, tanımlanan homozigot STAG3 varyantı premature durdurma kodonuna yol açar ve akraba ebeveynlerin dört kız kardeşinde otozomal resesif kalıtım gösterilmiştir. Daha yakın tarihli başka bir çalışmada, iki dişide POI’ye yol açan STAG3’ün homozigot donör splice-site varyantı bildirilmiştir25.
STAG3 heterozigot çerçeve kayması varyasyonunu saptadığımız hastamızda POI dışında bir anomali yoktu. Ancak literatürde STAG3 genindeki varyasyonların POI’ye katkısı bildirilmiştir. Bulgumuz bu bulguyla tutarlıdır. Ancak STAG3’ün çekinik kalıtımı nedeniyle herhangi bir fenotipik etki beklemiyoruz13, 26.
NOBOX genindeki varyasyonlar iki hastada tanımlandı ve her ikisi de VUS olarak sınıflandırıldı. NOBOX geninin POI’ye birincil genetik katkıda bulunanlardan biri olduğuna inanılmaktadır27, 28. Bu yumurtalık homeobox geni, NOBOX geninin fenotipik etkisinin baskın kalıtım göstermesiyle folikülogenezisin erken evrelerinde rol oynar. Hastamızda tespit edilen varyant (rs749172175), ACMG kriterlerine göre VUS olarak tanımlanmasına rağmen, varyant değerlendirme tahmin araçlarında “patojenik” olarak değerlendirilmiştir ve gnomAD veritabanında 0,00000881 olarak verilen alel frekansı bu olasılığı desteklemektedir. NOBOX geninde saptadığımız varyasyonlar literatürdeki çalışmalarla tutarlıdır. NOBOX’ta saptanan bir diğer varyasyon olan c.1788G > C (p.(Trp596Cys), VUS olarak değerlendirilmiştir. Ancak veritabanlarında patojeniteyi düşündüren değerler mevcuttur (SIFT: Zararlı, CADD (phred): 27.10). Ancak her iki varyasyon da VUS olarak bildirildiğinden klinik önemleri bilinmemektedir29.
Hastalarımızdan birinde GDF9 geninde VUS olarak sınıflandırılan bir varyasyon belirlendi. Hastanın klinik değerlendirmesi POI ortaya koydu. Qin ve ark.29 ve Jiao ve ark.30 göre, GDF9’daki varyasyonlar POI’nin en yaygın 20 genetik nedeni arasında sıklıkla gösterilmektedir. Özellikle, coğrafya ve etnik kökene göre biraz eşitsiz bir dağılımla birlikte, küresel olarak çeşitli GDF9 varyasyonları bulunmuştur. GDF9 geninin fenotipik etkisi çekinik kalıtım gösterir. Hastamızdaki GDF9 varyasyonu hem heterozigot hem de VUS olarak sınıflandırıldığından, fenotipik bir etkiye sahip olma olasılığını düşünmedik. GDF9’da tespit edilen c.1297G>A varyasyonu daha önce bildirilmemiştir. Bu nedenle literatürle karşılaştırma yapılamamıştır.
Yüksek verimli yöntemler, aday genlerdeki ve daha önce POI ile ilişkilendirilen genlerdeki yeni varyantları tanımlamak için elzemdir. Kodlanan proteinlerin birincil işlevleri, mayoz ve DNA onarımı, gonadal gelişim (oogenez ve folikülogenez), hormon sinyali, immünolojik yanıt ve metabolizmadır. Birkaç hayvan modelinde gösterildiği gibi, mayoz ve DNA onarımıyla ilişkili genlerdeki değişiklikler, oositlerin dinlenme durumundan dolayı farklı yumurtalık yetersizliği semptomlarına neden olabilir31.
Çalışmanın Kısıtlılıkları
Çalışmamızda bazı sınırlılıkları vardır. Bunlardan birisi hasta sayısıdır. Altmış sekiz hastada %5’ten az sıklıkta nadir varyantları tespit etmek için çalışma gücü yeterli olmayabilir. Daha fazla hasta sayısıyla daha fazla sonuç elde edebiliriz. Risk tahmini, rutin tanı ve erken müdahale ortamı, gelecekte hedeflenen sıcak nokta mutasyon panellerinden ve/veya doğrulanmış nedensel genlerden ve tüm ekzom ve tüm genom dizilimi gibi daha geniş analizlerden büyük ölçüde faydalanacaktır.
SONUÇ
POI, birçok nedenden dolayı karmaşık bir genetik varyant dizisine sahip olabilen oldukça çeşitli bir bozukluktur. Ayrıca, fenotipik değişkenlik, POI’nin belirsiz tanımı ve adlandırmasıyla karmaşıklaşır ve bu da POI’nin genetik heterojenliğini daha da kötüleştirir. Over disjenezi, birincil veya ikincil amenore veya erken veya geç başlangıçlı POI gibi farklı fenotiplerin aynı genetik yapıyı paylaşıp paylaşmadığı belirsizdir, ancak kümülatif etkilere sahiptirler. NGS döneminde belirsiz öneme sahip çok sayıda varyasyon ortaya çıkacaktır. Veri analizi ve filtreleme oldukça zor ancak hayati öneme sahip olacaktır. Nedensel ilişkiyi doğrulamak için mutasyona yönlendirilmiş transgenik modeller veya dönüşüm deneyleri kullanılmalıdır. Ancak, bilinen POI genlerinin birçoğunun kendi başlarına eksik penetrans veya değişken ifade özellikleri sergilerken uyumlu bir şekilde çalıştığı görüldüğünden, herhangi bir POI hastasında tek bir genetik değişikliği “nedensel” olarak tanımlamak giderek zorlaşmaktadır. Genetik ve fenotip arasındaki ilişki daha fazla araştırma gerektirmektedir.
POI açısından kimin risk altında olduğunu belirlemek hala zordur. NGS teknolojilerinin klinik pratikteki potansiyeli çok büyüktür.