Il ruolo della famiglia Wnt e dei geni Homeobox

Gli eventi embrionali sopra descritti sono guidati in larga misura dall’espressione di ligandi secreti della famiglia Wnt (WNT4, WNTa, WNT7a) e dei regolatori trascrizionali della famiglia dei geni homeobox (HOX) (Fig. 10.1). 10.1).4-6 Questo programma morfogenetico può essere svolto solo in assenza di ormone anti-mülleriano (AMH), un membro della famiglia del fattore di crescita trasformante β prodotto dalle cellule del sertoli dei testicoli fetali. In assenza di testosterone, i dotti mülleriani si allungano e si sviluppano in tube di Falloppio, utero, cervice e parte superiore della vagina. La fase di allungamento dei dotti mülleriani richiede una serie di fattori. Data la loro comune origine embrionale, lo sviluppo precoce nel topo dei reni, degli ureteri e del tratto riproduttivo sono strettamente collegati e coinvolgono altri geni specifici tra cui Pax2, Lim1, Emx2, così come i membri delle famiglie di geni Wnt e addominali-B HOXA.7 Lim1 codifica un fattore di trascrizione che insieme a PAX2 è essenziale per lo sviluppo del tratto urogenitale. I topi Lim1 null mancano di uteri e ovidotti.8 I topi Pax2 null mancano di reni, ureteri e tratti genitali.9 L’allungamento caudale del dotto paramesonefrico è assente. EMX2 è un altro fattore di trascrizione della famiglia dei geni homeodomain che sembra essere essenziale per lo sviluppo del tratto urogenitale.10 EMX2 è altamente espresso nell’utero adulto e la sua espressione è correlata alla proliferazione cellulare e sembra essere inibita dal gene homeobox, HOXA10. C’è una ridotta espressione di PAX2 e LIM1, e anche il prodotto del gene della polarità segmentale mesenchimale, WNT4, è assente nei topi privi di EMX2, suggerendo il ruolo essenziale di questo fattore di trascrizione.

Lo studio dei topi con inattivazione mirata dei geni Wnt ha rivelato l’importanza di queste molecole di segnalazione nello sviluppo del tratto riproduttivo.4 I dotti mülleriani sono assenti nei topi femmina privi di Wnt4, un gene espresso nel mesenchima.5 Inoltre, i topi femmina privi di WNT4 sono parzialmente invertiti di sesso grazie al mantenimento dei dotti wolffiani. Nelle donne sono stati riportati casi di mutazioni nulle di WNT4 associate a regressione del dotto mülleriano e a un fenotipo, compresa l’iperandrogenismo, simile a quello del topo WNT4 knockout.11 WNT9b è espresso nell’epitelio del dotto wolffiano ed è necessario per l’estensione del dotto mülleriano.12 La carenza di Wnt5a, un gene espresso nel tubercolo genitale e nel mesenchima del tratto genitale, si traduce in topi con tubercoli genitali stentati e assenza di genitali esterni.4 L’espressione di WNT7a si trova nell’epitelio luminoso del dotto mülleriano13 ed è coinvolta nella segnalazione paracrina al mesenchima endometriale. Sebbene le mutazioni di WNT7A non siano state trovate in donne con anomalie mülleriane,14 nei topi privi di WNTta, l’ovidotto non è chiaramente demarcato dal corno uterino superiore, e l’utero sviluppa caratteristiche cellulari simili alla vagina (compreso un epitelio stratificato senza ghiandole uterine), e la muscolatura liscia uterina è disorganizzata.8-9 L’espressione postnatale di HOXA10 e HOXA11 nell’utero è anche persa. La beta-catenina mesenchimale sembra essere l’effettore down-stream essenziale della via WNT7A e media i suoi effetti sull’ovidotto e sul corretto sviluppo dell’utero.15 La famiglia dei geni Wnt, compresi i recettori e le molecole di segnalazione a valle, sono anche espressi in modo regolato nel tratto riproduttivo adulto, indicando che hanno ruoli aggiuntivi oltre a quelli coinvolti nei primi eventi morfogenetici, compresa la regolazione dell’azione degli ormoni steroidei nei tessuti adulti (discussi più avanti nel capitolo).4-6,16-19

I geni HOX codificano una famiglia evolutivamente conservata di fattori di trascrizione che contengono una firma di 60 amminoacidi deossinucleici (DNA) che legano l’omeodomain.6 Essi svolgono un ruolo critico nell’organizzare le cellule lungo l’asse anteriore-posteriore e nel dirigerle a selezionare un particolare percorso di sviluppo. I geni HOX dei mammiferi sono disposti in quattro diversi cluster, designati da A a D, con ogni cluster organizzato in una disposizione lineare che segue l’ordine di espressione lungo l’asse anteriore-posteriore del corpo. L’espressione dei geni HOXA nel tratto riproduttivo dell’uomo e del topo è conservata, con HOXA9 espresso nelle tube di Falloppio, HOXA10 e HOXA11 nell’utero, HOXA11 nella cervice e HOXA13 nella vagina superiore.6 Sebbene ci sia una distribuzione regionale coerente dell’espressione del gene HOX lungo il tratto riproduttivo, c’è evidenza di una certa ridondanza funzionale tra i geni adiacenti. Come i geni WNT, anche i geni HOXA sono espressi nell’utero adulto e la loro espressione è regolata dagli ormoni steroidei (estrogeni e progesterone). HOXA10 e HOXA11 sono stati entrambi implicati nel processo di impianto.20

L’importanza della famiglia di geni homeobox nella funzione del tratto riproduttivo è stata dimostrata attraverso delezioni mirate in specifici geni HOXA. Un’altra scoperta significativa è stata che la sindrome mano-piede-genitale e la sindrome di Guttmacher, condizioni autosomiche dominanti che colpiscono le ossa delle mani e dei piedi e causano anomalie del tratto riproduttivo (compreso l’utero bicorne), sono causate da mutazioni nel gene HOXA13.21,22 Tuttavia, ad oggi, mutazioni in HOXA7 a HOXA13 e nel cofattore del gene HOX pre B-cell leukemia homeobox1 (PBX1) non sono ancora state trovate in soggetti con assenza congenita dell’utero e della vagina. I topi con delezioni mirate nei geni HOXA10 e HOXA11 presentano sottili anomalie nella morfologia uterina, compresa la trasformazione del segmento uterino superiore in un’istologia simile all’ovidotto (mutanti HOXA10); un ridotto sviluppo stromale endometriale e l’espressione del fattore inibitorio della leucemia (LIF) sono visti nei mutanti HOXA11.20,23 In particolare, sia le femmine HOXA10 che HOXA11 nullizygous sono sterili a causa di un fattore uterino, implicando questi geni nel processo di impianto nell’adulto. I topi privi di H6 homeobox 3 (Hmx3), un altro prodotto del gene del dominio homeobox, sono anch’essi infertili a causa di un difetto di impianto associato a perturbazioni nell’espressione dei geni WNT e LIF.24

Le anomalie di Müllerian rappresentano un complesso e raro insieme di difetti di sviluppo che si verificano nel 5% della popolazione generale. A seconda della fase di sviluppo in cui si verificano, questi difetti nel tratto riproduttivo possono essere lievi (tra cui un setto uterino) o gravi con assenza completa di cervice, utero e tube di Falloppio. Questi possono essere associati a infertilità, endometriosi e aborto spontaneo, ma possono anche richiedere una correzione chirurgica e sono spesso scoperti al momento della pubertà, se non prima.25 Data la stretta interazione di sviluppo tra il sistema mülleriano e quello urinario, non è sorprendente che si verifichino agenesie combinate del dotto renale e mülleriano.26 I modelli e la genetica delle anomalie mülleriane forniscono ulteriori informazioni sull’embriologia della morfogenesi del tratto riproduttivo.

La sindrome di Mayer-Rokitansky-Küster-Hauser (MRKH) è un’aplasia congenita o una grave ipoplasia dei derivati adulti dei dotti mülleriani, comprese le tube di Falloppio, l’utero, la cervice e la vagina superiore. Anche se l’ipoplasia mülleriana può essere una caratteristica di molte altre sindromi genetiche specifiche,27 in MRKH, l’ipoplasia mülleriana è l’anomalia più evidente. MRKH ha un’incidenza di almeno 1 su 4500 donne ed è comunemente sottoclassificato in tipo I, ipoplasia mülleriana isolata e tipo II, noto anche come müllerian Renal Cervico-thoracic Somite (associazione MURCS), che coinvolge difetti renali, scheletrici e uditivi, così come occasionali anomalie cardiache e digitali.11 Le anomalie renali più comuni includono agenesia unilaterale, ectopia dei reni e rene a ferro di cavallo; le anomalie scheletriche più comuni includono vertebre fuse (comunemente cervicali) e scoliosi. La fusione di almeno due segmenti cervicali, il collo corto, l’attaccatura dei capelli bassa e la restrizione del movimento del collo, nota come sindrome di Klippel Feil, si osserva.11 La base genetica di queste sindromi è in gran parte sconosciuta, ma alcuni difetti genetici sono stati associati. Le varianti del numero di copie (CNV), dovute a microdelezioni e microduplicazioni sono relativamente comuni,28 specialmente a 16p11.2 e 17q12. Inoltre, CNVs che coinvolgono il gene homeobox di bassa statura (SHOX) a Xp22 sono stati rilevati in alcune serie di casi MRKH,29 ma non in altri.30 Gli studi sui geni candidati, suggeriti dai fenotipi di mutazione nel topo e nell’uomo sono stati poco gratificanti, non riuscendo ad associare difetti nei recettori AMH, nel tumore di Wilms 1 (WT1), nel PAX2, nella galattosio-1-fosfato uridil transferasi (GALT), nel regolatore di conduttanza transmembrana della fibrosi cistica (CFTR) o nei geni del gruppo HOXA alla sindrome MRKH.

Più recentemente, è stata riportata una terza entità distinta, MRKH associata a iperandrogenismo, ed è stata confermata una chiara associazione con quattro diversi difetti nel gene WNT4.31-34 Gli studi delle proteine WNT4 mutate in coltura cellulare e la carenza di WNT4 nei topi suggeriscono che l’iperandrogenismo è il risultato del fallimento della repressione mediata da WNT4 (attraverso la stabilizzazione della beta catenina) di entrambi i CYP17A1 e HSD3B2 o solo CYP17A1. Il fallimento della formazione del dotto mülleriano sembra derivare dal requisito per la segnalazione WNT4/beta-catenina nello sviluppo mülleriano. Molteplici serie di casi di MRKH senza iperandrogenismo non hanno trovato alcuna associazione con mutazioni WNT4, rafforzando ulteriormente l’ipotesi che MRKH con iperandrogenismo sia un disordine clinicamente e geneticamente distinto.29,35-38

Un approccio clinico ai pazienti MRKH dovrebbe includere la valutazione dell’anatomia pelvica, l’anatomia renale, la misurazione dell’ormone follicolo-stimolante (FSH), estradiolo e testosterone. A seconda dei sintomi e dei segni associati, i test aggiuntivi possono includere un elettrocardiogramma (ECG), un audiogramma, una radiografia scheletrica e una laparoscopia pelvica. Il trattamento con dilatatore o la creazione di una neovagina può anche essere necessario per consentire il rapporto sessuale. Poiché la maternità surrogata in una paziente MRKH le permetterebbe di avere un figlio geneticamente imparentato, può essere indicato un test genetico o uno screening genetico pre-impianto.

La morfogenesi del tratto riproduttivo femminile non richiede l’azione degli estrogeni. Gli ovidotti, l’utero, la cervice e la vagina si formano nei topi con mutazioni inattivanti di entrambi i recettori nucleari degli estrogeni (ERα ed ERβ).39 Nonostante questa indipendenza dagli estrogeni materni o fetali, la normale differenziazione del tratto riproduttivo femminile può, paradossalmente, essere interrotta da estrogeni esogeni.40 Il dietilstilbestrolo (DES), un estrogeno sintetico che causa anomalie uterine e cervicali nelle femmine esposte (discusso più avanti in questo capitolo), e i bifenili policlorurati sopprimono l’espressione di WNT7a e alterano il modello di espressione di HOXA9 e HOXA10 nel tratto riproduttivo murino attraverso ERα.39-41 Ciò suggerisce che le alterazioni dell’espressione genica HOXA e WNT sono il probabile meccanismo molecolare alla base dei difetti anatomici osservati nelle femmine umane esposte al DES in utero. Il progesterone postnatale può anche inibire il normale sviluppo delle ghiandole endometriali, come dimostrato nella pecora neonatale.42 Utilizzando questo modello, sembra che l’endometrio aglandolare comporti un’alterazione del sistema WNT,43 e illustra che, mentre il normale sviluppo può essere indipendente dagli ormoni steroidei, l’esposizione al momento sbagliato può alterare le normali vie di sviluppo.