Úloha rodiny Wnt a homeoboxových genů

Výše popsané embryonální děje jsou z velké části řízeny expresí sekretovaných ligandů rodiny MMTV integračních míst typu wingless (WNT4, WNTa, WNT7a) a transkripčních regulátorů rodiny homeoboxových genů (HOX) (obr. 1). 10.1).4-6 Tento morfogenetický program se může odehrávat pouze za nepřítomnosti anti-mülleriánského hormonu (AMH), člena rodiny transformujícího růstového faktoru β, který je tvořen Sertoliho buňkami fetálních varlat. V nepřítomnosti testosteronu se mülleriánské kanálky prodlužují a vyvíjejí se ve vejcovody, dělohu, děložní hrdlo a horní část pochvy. Fáze prodlužování müllerových kanálků vyžaduje řadu faktorů. Vzhledem ke společnému embryonálnímu původu jsou raný vývoj ledvin, močovodů a pohlavních cest u myší úzce propojeny a podílejí se na něm další specifické geny včetně Pax2, Lim1, Emx2 a také členové rodin genů Wnt a abdominální B HOXA.7 Lim1 kóduje transkripční faktor, který je spolu s PAX2 nezbytný pro vývoj urogenitálního traktu. Nulovým myším s Lim1 chybí dělohy a vejcovody.8 Nulovým myším s Pax2 chybí ledviny, močovody a pohlavní ústrojí.9 Chybí kaudální prodloužení paramesonefrického vývodu. EMX2 je další transkripční faktor z rodiny homeodoménových genů, který se zdá být nezbytný pro vývoj urogenitálního traktu.10 EMX2 je vysoce exprimován v dospělé děloze a jeho exprese koreluje s proliferací buněk a zdá se, že je inhibován homeoboxovým genem HOXA10. U myší, kterým chybí EMX2, je snížená exprese PAX2 a LIM1 a chybí také produkt genu pro mezenchymální segmentální polaritu, WNT4, což naznačuje zásadní roli tohoto transkripčního faktoru.

Studie myší s cílenou inaktivací genů Wnt odhalila význam těchto signálních molekul ve vývoji reprodukčního traktu.4 U myších samic s chybějícím genem Wnt4, který je exprimován v mezenchymu, chybí mülleriánské kanálky.5 Samice myší s chybějícím genem Wnt4 jsou navíc částečně pohlavně obrácené díky zachování vlčího kanálku. U žen byly zaznamenány případy nulové mutace WNT4 spojené s regresí mülleriánských kanálků a fenotypem, včetně hyperandrogenemie, který se podobá fenotypu WNT4 knockoutované myši.11 WNT9b je exprimován v epitelu wolffiánských kanálků a je nezbytný pro rozšíření mülleriánských kanálků.12 Deficit Wnt5a, genu exprimovaného v mezenchymu genitálního bulbu a genitálního traktu, vede u myší k zakrnělým genitálním bulbům a absenci zevních genitálií.4 Exprese WNT7a se nachází v luminálním epitelu mülleriánského kanálku13 a podílí se na parakrinní signalizaci do endometriálního mezenchymu. Ačkoli mutace WNT7a nebyly nalezeny u žen s mülleriánskými anomáliemi,14 u myší, kterým chybí WNTta, není vejcovod jasně ohraničen od horního děložního rohu a děloha vyvíjí buněčné charakteristiky podobné vagíně (včetně stratifikovaného epitelu bez děložních žláz) a děložní hladká svalovina je dezorganizovaná.8-9 Postnatální exprese HOXA10 a HOXA11 v děloze je také ztracena. Zdá se, že mezenchymální beta-katenin je základním downstream efektorem dráhy WNT7A a zprostředkovává její účinky na vejcovod a správný vývoj dělohy.15 Geny rodiny Wnt, včetně receptorů a následných signálních molekul, jsou regulovaně exprimovány i v dospělém reprodukčním traktu, což naznačuje, že mají další role kromě těch, které se podílejí na časných morfogenetických událostech, včetně regulace působení steroidních hormonů v dospělých tkáních (o tom bude pojednáno dále v kapitole).4-6,16-19

Geny HOX kódují evolučně konzervovanou rodinu transkripčních faktorů, které obsahují charakteristický homeodomén vázající 60 aminokyselin deoxynukleové kyseliny (DNA).6 Hrají klíčovou roli při organizaci buněk podél předo-zadní osy a jejich nasměrování k výběru určité cesty vývoje. Savčí geny HOX jsou uspořádány do čtyř různých klastrů, označených A až D, přičemž každý klastr je uspořádán lineárně, což odpovídá pořadí exprese podél přední a zadní osy těla. Exprese genů HOXA v lidském a myším reprodukčním traktu je zachována, přičemž HOXA9 je exprimován ve vejcovodech, HOXA10 a HOXA11 v děloze, HOXA11 v děložním hrdle a HOXA13 v horní části pochvy.6 Ačkoli existuje konzistentní regionální rozložení exprese genů HOX podél reprodukčního traktu, existují důkazy o určité funkční redundanci mezi sousedními geny. Stejně jako geny WNT jsou i geny HOXA exprimovány v dospělé děloze a jejich exprese je pod regulací steroidních hormonů (estrogenu a progesteronu). Geny HOXA10 a HOXA11 se podílejí na procesu implantace.20

Důležitost rodiny homeoboxových genů pro funkci reprodukčního traktu byla prokázána cílenými delecemi specifických genů HOXA. Dalším významným objevem bylo zjištění, že hand-foot-genital syndrom a Guttmacherův syndrom, autozomálně dominantní stavy, které postihují kosti rukou a nohou a způsobují abnormality reprodukčního traktu (včetně dvourohé dělohy), jsou způsobeny mutacemi v genu HOXA13.21,22 Dosud však nebyly u jedinců s vrozenou absencí dělohy a pochvy nalezeny mutace genů HOXA7 až HOXA13 a kofaktoru genu HOX pre B-cell leukemia homeobox1 (PBX1). Myši s cílenými delecemi v genech HOXA10 a HOXA11 mají jemné abnormality v morfologii dělohy, včetně transformace horního děložního segmentu do histologie podobné oviduktu (mutanti HOXA10); u mutantů HOXA11 je pozorován snížený vývoj stromatu endometria a exprese leukemický inhibiční faktor (LIF).20,23 Pozoruhodné je, že jak HOXA10, tak HOXA11 nullizygotní samice jsou neplodné v důsledku děložního faktoru, což implikuje tyto geny v procesu implantace v dospělosti. Myši, kterým chybí H6 homeobox 3 (Hmx3), další produkt homeoboxové domény genu, jsou rovněž neplodné v důsledku defektu implantace spojeného s poruchami exprese genů WNT a LIF.24

Mülleriánské anomálie představují komplexní a vzácný soubor vývojových vad vyskytujících se u 5 % celkové populace. V závislosti na vývojovém stadiu, ve kterém se vyskytují, mohou být tyto vady reprodukčního ústrojí mírné (včetně děložního septa) nebo závažné s úplnou absencí děložního hrdla, dělohy a vejcovodů. Mohou být spojeny s neplodností, endometriózou a potraty, ale také mohou vyžadovat chirurgickou korekci a často jsou objeveny v době puberty, ne-li dříve.25 Vzhledem k úzké vývojové interakci mezi mülleriánským a močovým systémem není překvapivé, že dochází ke kombinované agenezi ledvin a mülleriánských vývodů.26 Zákonitosti a genetika mülleriánských anomálií poskytují další vhled do embryologie morfogeneze reprodukčního ústrojí.

Syndrom Mayer-Rokitansky-Küster-Hauser (MRKH) je vrozená aplazie nebo těžká hypoplazie dospělých derivátů mülleriánských kanálků, včetně vejcovodů, dělohy, děložního hrdla a horní části pochvy. Ačkoli hypoplazie mülleriánských vývodů může být znakem mnoha dalších specifických genetických syndromů,27 u MRKH je hypoplazie mülleriánských vývodů nejvýraznější anomálií. Incidence MRKH je nejméně 1 ze 4500 žen a běžně se dělí na typ I, izolovanou mülleriánskou hypoplazii, a typ II, známý také jako mülleriánský renální cerviko-thorakální somit (sdružení MURCS), zahrnující renální, skeletální a sluchové vady a příležitostně také srdeční a digitální anomálie.11 Mezi častější anomálie ledvin patří jednostranná ageneze, ektopie ledvin a podkovovitá ledvina; mezi častější anomálie skeletu patří srostlé obratle (obvykle krční) a skolióza. Objevuje se fúze nejméně dvou krčních segmentů, krátký krk, nízká linie vlasů a omezení pohyblivosti krku, známé jako Klippel Feilův syndrom.11 Genetický základ těchto syndromů je z velké části neznámý, ale bylo spojeno několik genových defektů. Relativně časté jsou varianty počtu kopií (copy number variants, CNV) způsobené mikrodelecemi a mikroduplikacemi,28 zejména v oblasti 16p11.2 a 17q12. Kromě toho byly v některých sériích případů MRKH zjištěny CNV zahrnující gen pro homeobox krátkého vzrůstu (SHOX) na Xp22,29 v jiných však nikoliv.30 Studie kandidátních genů navržených na základě fenotypů myších a lidských mutací byly neúspěšné a nepodařilo se spojit defekty receptorů AMH, Wilmsova tumoru 1 (WT1), PAX2, galaktóza-1-fosfát uridyltransferázy (GALT), regulátoru transmembránového vedení cystické fibrózy (CFTR) nebo genů klastru HOXA se syndromem MRKH.

Nejnověji byla zaznamenána třetí samostatná jednotka, MRKH spojená s hyperandrogenismem, u níž byla potvrzena jasná souvislost se čtyřmi různými defekty v genu WNT4.31-34 Studie mutovaných proteinů WNT4 v buněčných kulturách a deficitu WNT4 u myší naznačují, že hyperandrogenismus je důsledkem selhání WNT4 zprostředkované represe (prostřednictvím stabilizace beta kateninu) CYP17A1 i HSD3B2 nebo pouze CYP17A1. Zdá se, že selhání tvorby mülleriánských kanálků je důsledkem požadavku na signalizaci WNT4/beta-katenin při vývoji mülleriánských kanálků. V mnoha sériích případů MRKH bez hyperandrogenismu nebyla nalezena žádná souvislost s mutacemi WNT4, což dále posiluje hypotézu, že MRKH s hyperandrogenismem je klinicky a geneticky odlišná porucha.29,35-38

Klinický přístup k pacientům s MRKH by měl zahrnovat vyhodnocení zobrazovacích metod pánevní anatomie, zobrazovacích metod renální anatomie, měření folikuly stimulujícího hormonu (FSH), estradiolu a testosteronu v plazmě. V závislosti na přidružených příznacích a symptomech mohou doplňková vyšetření zahrnovat elektrokardiogram (EKG), audiogram, rentgenový snímek skeletu a pánevní laparoskopii. K umožnění pohlavního styku může být rovněž nutná dilatační léčba nebo vytvoření neovaginy. Vzhledem k tomu, že náhradní mateřství u pacientky s MRKH by jí umožnilo mít geneticky příbuzné dítě, může být indikováno genetické vyšetření nebo preimplantační genetický screening.

Morfogeneze ženského reprodukčního traktu nevyžaduje působení estrogenů. Vejcovody, děloha, děložní hrdlo a pochva se tvoří u myší s inaktivujícími mutacemi obou jaderných estrogenových receptorů (ERα a ERβ).39 Navzdory této nezávislosti na mateřských nebo fetálních estrogenech může být normální diferenciace ženského reprodukčního traktu paradoxně narušena exogenními estrogeny.40 Diethylstilbestrol (DES), syntetický estrogen, který u exponovaných žen způsobuje anomálie dělohy a děložního čípku (o tom pojednáme dále v této kapitole), a polychlorované bifenyly potlačují expresi WNT7a a prostřednictvím ERα mění vzorec exprese HOXA9 a HOXA10 v myším reprodukčním traktu.39-41 To naznačuje, že změny v expresi genů HOXA a WNT jsou pravděpodobným molekulárním mechanismem, který stojí za anatomickými defekty pozorovanými u lidských žen vystavených DES in utero. Postnatální progesteron může také inhibovat normální vývoj endometriálních žláz, jak bylo prokázáno u novorozené ovce.42 Na tomto modelu se zdá, že aglandulární endometrium zahrnuje narušení systému WNT,43 a ilustruje, že i když normální vývoj může být nezávislý na steroidních hormonech, expozice v nesprávnou dobu může změnit normální vývojové cesty.