Die Rolle der Wnt-Familie und der Homeobox-Gene

Die oben beschriebenen embryonalen Ereignisse werden zu einem großen Teil durch die Expression von sekretierten Liganden der MMTV-Integrationsstelle vom Wingless-Typ (Wnt) Familie (WNT4, WNTa, WNT7a) und von Transkriptionsregulatoren der Homeobox (HOX)-Genfamilie gesteuert (Abb. 10.1). 10.1).4-6 Dieses morphogenetische Programm kann nur in Abwesenheit von Anti-Müllerian-Hormon (AMH), einem Mitglied der transformierenden Wachstumsfaktor-β-Familie, das von den Sertoli-Zellen der fötalen Hoden gebildet wird, ablaufen. In Abwesenheit von Testosteron dehnen sich die Müllerschen Gänge aus und entwickeln sich zu Eileitern, Gebärmutter, Gebärmutterhals und dem oberen Teil der Vagina. Die Ausdehnungsphase der Müllerschen Gänge erfordert eine Reihe von Faktoren. Angesichts ihres gemeinsamen embryonalen Ursprungs sind die frühe Entwicklung der Nieren, der Harnleiter und des Fortpflanzungstrakts in der Maus eng miteinander verbunden, und es sind weitere spezifische Gene beteiligt, darunter Pax2, Lim1, Emx2 sowie die Mitglieder der Wnt- und abdominalen HOXA-Genfamilien.7 Lim1 kodiert für einen Transkriptionsfaktor, der zusammen mit PAX2 für die Entwicklung des Urogenitaltrakts wesentlich ist. Lim1-Null-Mäusen fehlen Uteri und Ovidukte.8 Pax2-Null-Mäusen fehlen Nieren, Harnleiter und Genitaltrakte.9 Die kaudale Verlängerung des paramesonephrischen Gangs ist nicht vorhanden. EMX2 ist ein weiterer Transkriptionsfaktor der Homeodomain-Genfamilie, der für die Entwicklung des Urogenitaltrakts wesentlich zu sein scheint.10 EMX2 wird in der erwachsenen Gebärmutter stark exprimiert, und seine Expression korreliert mit der Zellproliferation und scheint durch das Homeobox-Gen HOXA10 gehemmt zu werden. Die Expression von PAX2 und LIM1 ist vermindert, und auch das Genprodukt für mesenchymale segmentale Polarität, WNT4, fehlt bei Mäusen, denen EMX2 fehlt, was auf die wesentliche Rolle dieses Transkriptionsfaktors hindeutet.

Die Untersuchung von Mäusen mit gezielter Inaktivierung von Wnt-Genen hat die Bedeutung dieser Signalmoleküle für die Entwicklung des Fortpflanzungstrakts gezeigt.4 Bei weiblichen Mäusen, denen Wnt4 fehlt, ein Gen, das im Mesenchym exprimiert wird, fehlen die Müllerschen Gänge.5 Darüber hinaus sind weibliche Mäuse, denen WNT4 fehlt, teilweise geschlechtsumgekehrt, da sie die wolffschen Gänge behalten. Bei Frauen wurden Fälle von WNT4-Nullmutationen berichtet, die mit einer Regression der Milchgänge und einem Phänotyp, einschließlich Hyperandrogenämie, einhergehen, der dem der WNT4-Knockout-Maus ähnelt.11 WNT9b wird im Epithel der Milchgänge exprimiert und ist für die Erweiterung der Milchgänge notwendig.12 Ein Mangel an Wnt5a, einem Gen, das im Mesenchym der Genitalhöcker und des Genitaltrakts exprimiert wird, führt zu Mäusen mit verkümmerten Genitalhöckern und dem Fehlen äußerer Genitalien.4 Die Expression von WNT7a findet sich im Luminalepithel des Ductus müllerianus13 und ist an der parakrinen Signalübertragung an das endometriale Mesenchym beteiligt. Obwohl WNT7A-Mutationen bei Frauen mit Müllerianomalien nicht gefunden wurden,14 ist bei Mäusen, denen WNTta fehlt, der Eileiter nicht klar vom oberen Uterushorn abgegrenzt, und der Uterus entwickelt zelluläre Merkmale, die der Vagina ähneln (einschließlich eines geschichteten Epithels ohne Uterusdrüsen), und die glatte Muskulatur des Uterus ist desorganisiert.8-9 Die postnatale Expression von HOXA10 und HOXA11 im Uterus ist ebenfalls verloren. Mesenchymales Beta-Catenin scheint der wesentliche nachgeschaltete Effektor des WNT7A-Wegs zu sein und vermittelt dessen Auswirkungen auf den Eileiter und die korrekte Entwicklung des Uterus.15 Die Gene der Wnt-Familie, einschließlich der Rezeptoren und der nachgeschalteten Signalmoleküle, werden auch im adulten Fortpflanzungstrakt reguliert exprimiert, was darauf hindeutet, dass sie über die frühen morphogenetischen Vorgänge hinaus weitere Funktionen haben, einschließlich der Regulierung der Wirkung von Steroidhormonen in adulten Geweben (auf die später im Kapitel eingegangen wird).4-6,16-19

Die HOX-Gene kodieren für eine evolutionär konservierte Familie von Transkriptionsfaktoren, die eine charakteristische 60 Aminosäuren umfassende Desoxynukleinsäure (DNA)-bindende Homöodomäne enthalten.6 Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Organisation von Zellen entlang der anterior-posterioren Achse und leiten sie an, einen bestimmten Entwicklungsweg einzuschlagen. HOX-Gene von Säugetieren sind in vier verschiedenen Clustern angeordnet, die mit A bis D bezeichnet werden, wobei jeder Cluster in einer linearen Anordnung organisiert ist, die der Reihenfolge der Expression entlang der anterior-posterioren Körperachse entspricht. Die Expression der HOXA-Gene im Fortpflanzungstrakt von Mensch und Maus ist konserviert, wobei HOXA9 in den Eileitern, HOXA10 und HOXA11 im Uterus, HOXA11 im Gebärmutterhals und HOXA13 in der oberen Vagina exprimiert wird.6 Obwohl es eine konsistente regionale Verteilung der HOX-Genexpression entlang des Fortpflanzungstrakts gibt, gibt es Hinweise auf eine gewisse funktionelle Redundanz zwischen den benachbarten Genen. Wie die WNT-Gene werden auch die HOXA-Gene in der erwachsenen Gebärmutter exprimiert, und ihre Expression wird durch Steroidhormone (Östrogen und Progesteron) reguliert. HOXA10 und HOXA11 wurden beide in den Prozess der Einnistung einbezogen.20

Die Bedeutung der Homeobox-Genfamilie für die Funktion des Fortpflanzungstraktes wurde durch gezielte Deletionen in bestimmten HOXA-Genen nachgewiesen. Eine weitere wichtige Entdeckung war, dass das Hand-Fuß-Genital-Syndrom und das Guttmacher-Syndrom, autosomal-dominante Erkrankungen, die die Knochen in Händen und Füßen betreffen und Anomalien des Fortpflanzungstrakts (einschließlich des Uterus bicornuatus) verursachen, durch Mutationen im HOXA13-Gen verursacht werden.21,22 Bislang wurden jedoch noch keine Mutationen in HOXA7 bis HOXA13 und im HOX-Gen-Kofaktor Pre-B-Zell-Leukämie-Homeobox1 (PBX1) bei Personen mit angeborenem Fehlen von Gebärmutter und Vagina gefunden. Mäuse mit gezielten Deletionen in den HOXA10- und HOXA11-Genen weisen subtile Anomalien in der Gebärmuttermorphologie auf, einschließlich der Umwandlung des oberen Gebärmuttersegments in eine eileiterähnliche Histologie (HOXA10-Mutanten); eine reduzierte endometriale Stroma-Entwicklung und Expression des Leukämie-Inhibitionsfaktors (LIF) wird bei HOXA11-Mutanten beobachtet.20,23 Bemerkenswert ist, dass sowohl HOXA10- als auch HOXA11-nullizygote Weibchen aufgrund eines Uterusfaktors unfruchtbar sind, was darauf hindeutet, dass diese Gene am Einnistungsprozess im Erwachsenenalter beteiligt sind. Mäuse, denen H6 Homeobox 3 (Hmx3), ein weiteres Genprodukt der Homeobox-Domäne, fehlt, sind ebenfalls unfruchtbar aufgrund eines Implantationsdefekts, der mit Störungen der WNT- und LIF-Genexpression einhergeht.24

Müllersche Anomalien stellen eine komplexe und seltene Sammlung von Entwicklungsstörungen dar, die bei 5 % der Allgemeinbevölkerung auftreten. Je nach dem Entwicklungsstadium, in dem sie auftreten, können diese Defekte im Fortpflanzungstrakt leicht (einschließlich einer Gebärmutterscheidewand) oder schwerwiegend sein, mit vollständigem Fehlen von Gebärmutterhals, Gebärmutter und Eileitern. Diese Defekte können mit Unfruchtbarkeit, Endometriose und Fehlgeburten einhergehen, können aber auch eine chirurgische Korrektur erfordern und werden häufig zum Zeitpunkt der Pubertät, wenn nicht schon vorher, entdeckt.25 Angesichts der engen Entwicklungsinteraktion zwischen dem Müller- und dem Harnsystem ist es nicht überraschend, dass kombinierte Nieren- und Müller-Gang-Agenesien auftreten.26 Die Muster und die Genetik der Müllerian-Anomalien geben weitere Einblicke in die Embryologie der Morphogenese des Reproduktionstrakts.

Das Mayer-Rokitansky-Küster-Hauser-Syndrom (MRKH) ist eine angeborene Aplasie oder schwere Hypoplasie der erwachsenen Ableger der Müllerian-Gänge, einschließlich der Eileiter, der Gebärmutter, des Gebärmutterhalses und der oberen Scheide. Obwohl die Müller-Hypoplasie ein Merkmal vieler anderer spezifischer genetischer Syndrome sein kann,27 ist die Müller-Hypoplasie bei MRKH die auffälligste Anomalie. MRKH tritt bei mindestens 1 von 4500 Frauen auf und wird üblicherweise in Typ I, isolierte Müllerianhypoplasie, und Typ II, auch bekannt als Müllerian Renal Cervico-thoracic Somite (MURCS-Assoziation), unterteilt, der Nieren-, Skelett- und Hördefekte sowie gelegentlich kardiale und digitale Anomalien umfasst.11 Zu den häufigeren Nierenanomalien gehören einseitige Agenesie, Ektopie der Nieren und Hufeisenniere; zu den häufigeren Skelettanomalien gehören verschmolzene Wirbel (meist der Halswirbelsäule) und Skoliose. Eine Fusion von mindestens zwei Halswirbelsegmenten, ein kurzer Hals, eine niedrige Haarlinie und eine Einschränkung der Nackenbewegung werden als Klippel-Feil-Syndrom bezeichnet.11 Die genetische Grundlage dieser Syndrome ist weitgehend unbekannt, aber einige Gendefekte wurden damit in Verbindung gebracht. Kopienzahlvarianten (CNVs), die auf Mikrodeletionen und Mikroduplikationen zurückzuführen sind, sind relativ häufig,28 insbesondere an 16p11.2 und 17q12. Darüber hinaus wurden CNVs, die das SHOX-Gen (Short Stature Homeobox) auf Xp22 betreffen, in einigen MRKH-Fallserien nachgewiesen,29 nicht aber in anderen.30 Studien zu Kandidatengenen, die durch Mutationsphänotypen bei Mäusen und Menschen nahegelegt wurden, waren wenig ergiebig, da Defekte in AMH-Rezeptoren, Wilms Tumor 1 (WT1), PAX2, Galaktose-1-Phosphat-Uridyl-Transferase (GALT), CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) oder den HOXA-Cluster-Genen nicht mit dem MRKH-Syndrom in Verbindung gebracht werden konnten.

In jüngerer Zeit wurde über eine dritte Entität, MRKH in Verbindung mit Hyperandrogenismus, berichtet, und es wurde ein eindeutiger Zusammenhang mit vier verschiedenen Defekten im WNT4-Gen bestätigt.31-34 Untersuchungen der mutierten WNT4-Proteine in Zellkulturen und des WNT4-Mangels bei Mäusen deuten darauf hin, dass der Hyperandrogenismus auf ein Versagen der WNT4-vermittelten Unterdrückung (über die Stabilisierung von Beta-Catenin) von CYP17A1 und HSD3B2 oder nur von CYP17A1 zurückzuführen ist. Das Scheitern der Bildung der Müllerschen Gänge scheint auf die Notwendigkeit der WNT4/beta-Catenin-Signalisierung bei der Müllerschen Entwicklung zurückzuführen zu sein. In mehreren Fallserien von MRKH ohne Hyperandrogenismus konnte kein Zusammenhang mit WNT4-Mutationen festgestellt werden, was die Hypothese stärkt, dass es sich bei MRKH mit Hyperandrogenismus um eine klinisch und genetisch unterschiedliche Störung handelt.29,35-38

Ein klinischer Ansatz für MRKH-Patienten sollte die Auswertung von Bildgebungen der Beckenanatomie und der Nierenanatomie sowie die Messung von follikelstimulierendem Hormon (FSH), Östradiol und Testosteron im Plasma umfassen. Je nach den damit verbundenen Symptomen und Anzeichen können ergänzende Untersuchungen ein Elektrokardiogramm (EKG), ein Audiogramm, Röntgenaufnahmen des Skeletts und eine Laparoskopie des Beckens umfassen. Eine Dilatatorbehandlung oder die Schaffung einer Neovagina kann ebenfalls erforderlich sein, um Geschlechtsverkehr zu ermöglichen. Da eine Leihmutterschaft bei einer MRKH-Patientin ein genetisch verwandtes Kind ermöglichen würde, kann ein Gentest oder ein genetisches Präimplantationsscreening angezeigt sein.

Die Morphogenese des weiblichen Fortpflanzungstrakts erfordert keine Östrogenwirkung. Die Eileiter, der Uterus, der Gebärmutterhals und die Vagina bilden sich bei Mäusen mit inaktivierenden Mutationen beider nukleärer Östrogenrezeptoren (ERα und ERβ).39 Trotz dieser Unabhängigkeit von mütterlichen oder fötalen Östrogenen kann die normale Differenzierung des weiblichen Fortpflanzungstrakts paradoxerweise durch exogene Östrogene gestört werden.40 Diethylstilbestrol (DES), ein synthetisches Östrogen, das bei exponierten Frauen Anomalien der Gebärmutter und des Gebärmutterhalses verursacht (wird später in diesem Kapitel besprochen), und polychlorierte Biphenyle unterdrücken die Expression von WNT7a und verändern das Expressionsmuster von HOXA9 und HOXA10 im Reproduktionstrakt von Mäusen durch ERα.39-41 Dies legt nahe, dass Veränderungen der HOXA- und WNT-Genexpression der wahrscheinliche molekulare Mechanismus sind, der den anatomischen Defekten zugrunde liegt, die bei menschlichen Frauen beobachtet werden, die in utero DES ausgesetzt waren. Postnatales Progesteron kann auch die normale Entwicklung der Gebärmutterschleimhaut hemmen, wie beim neugeborenen Mutterschaf gezeigt wurde.42 Anhand dieses Modells zeigt sich, dass die aglanduläre Gebärmutterschleimhaut mit einer Störung des WNT-Systems verbunden ist,43 und veranschaulicht, dass die normale Entwicklung zwar unabhängig von Steroidhormonen sein kann, die Exposition zum falschen Zeitpunkt jedoch die normalen Entwicklungswege verändern kann.