HIPK4 — новый ген, ассоциированный с тератозооспермией и мужским бесплодием

Вопрос исследования: Связаны ли патогенные варианты гена HIPK4 с аномалиями головки сперматозоидов, приводящими к мужскому бесплодию?

Краткий ответ: HIPK4 — новый ген-кандидат, ассоциированный с дефектами головки сперматозоидов и мужским бесплодием.

Что уже известно: Описано множество генов, патогенные варианты которых вызывают мужское бесплодие вследствие множественных морфологических аномалий жгутика сперматозоидов (MMAF), однако генетическая основа дефектов головки сперматозоидов изучена значительно хуже.

Дизайн, размер и продолжительность исследования: В исследование включили четырех братьев с бесплодием, у которых наблюдались различные по степени количественные и/или качественные нарушения сперматогенеза, их родителей и фертильного брата. Кроме того, был проведен поиск в когорте Male Reproductive Genomics (MERGE), включавшей данные полногеномного и полноэкзомного секвенирования более чем 3300 мужчин.

Участники, материалы, условия и методы: Полноэкзомное секвенирование выполнили у всех пяти братьев и их родителей. Для характеристики фенотипа сперматозоидов провели стандартный анализ эякулята, иммунофлуоресцентное окрашивание и трансмиссионную электронную микроскопию (ТЭМ). Кроме того, влияние варианта HIPK4 оценивали в экспериментах на клеточной культуре с использованием клеток HEK293T.

Основные результаты и роль случайности: При анализе данных полноэкзомного секвенирования не удалось выявить общую генетическую причину бесплодия у всех четырех братьев. Однако у одного из братьев с бесплодием обнаружили компаунд-гетерозиготные варианты гена DNAH17 с потерей функции (c.1076_1077dup, p.(Lys360*) и c.7752+2T>A, p.?), ассоциированные с резко сниженной подвижностью сперматозоидов и MMAF. Патогенность этих вариантов дополнительно подтвердили при ТЭМ: на поперечных срезах жгутиков выявлялись дефект наружных динеиновых ручек и нарушение структуры аксонемы. В отличие от него, у трех других братьев с бесплодием выявили гомозиготный вариант HIPK4 с утратой старт-кодона c.1A>G. Этот ген экспрессируется в процессе спермиогенеза и, согласно опубликованным данным, участвует в формировании головки сперматозоидов у мышей. Гетерологичная экспрессия вариантной кДНК HIPK4 показала, что трансляция начиналась с альтернативного внутритерминального старт-кодона, расположенного на 35 аминокислот ниже, что приводило к образованию укороченного с N-конца белка p.(Met1_Glu35del). В укороченном белке HIPK4 отсутствуют участки киназного домена; кроме того, его стабильность снижена. В соответствии с данными, полученными на моделях мышей, у всех трех братьев выявлялась 100%-ная аномальная морфология головки сперматозоидов с различными дефектами. Важно, что один из братьев с вариантами HIPK4 стал отцом после успешного проведения ИКСИ, что указывает на возможность эффективного лечения тератозооспермии, связанной с HIPK4. В когорте MERGE не было выявлено других мужчин с биаллельными вариантами HIPK4. Таким образом, HIPK4 является аутосомно-рецессивным геном-кандидатом, патогенные варианты которого ассоциированы с дефектами головки сперматозоидов и мужским бесплодием.

Крупномасштабные данные: Описанные варианты генов DNAH17 и HIPK4 опубликованы в базе ClinVar.

Ограничения и основания для осторожности: Для оценки фенотипического спектра и репродуктивных исходов, связанных с биаллельными вариантами HIPK4, а также для окончательного подтверждения связи этого гена с мужским бесплодием необходима независимая репликация результатов.

Более широкие последствия результатов: Исследование обращает внимание на значительную генетическую гетерогенность мужского бесплодия. Описанная семья показывает, что внешне сходный фенотип может быть обусловлен разными генетическими причинами. Полноэкзомное секвенирование семей помогает эффективно разграничить индивидуальные причины заболевания у разных членов семьи.

Финансирование: N.N., J.R., H.O., S.L., C.F. и F.T. получили поддержку Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Немецкое научно-исследовательское сообщество) в рамках клинической исследовательской группы «Male Germ Cells» (CRU326, номер проекта 329621271). R.T.-W., N.N., J.R., H.O. и F.T. получили поддержку Федерального министерства исследований, технологий и космоса (BMFTR) в рамках проекта ReproTrack.MS (грант 01GR2303). S.A.K. получил поддержку программы DFG Clinician Scientist CareerS Münster (номер проекта 493624047). A.S.G. получил поддержку медицинского факультета Мюнстера в виде гранта Innovative Medical Research (IMF; GA-122104).

Раскрытие информации: Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.