The Role of the Wnt Family and Homeobox Genes

Opisane powyżej wydarzenia embrionalne są napędzane w dużej mierze przez ekspresję wydzielanych ligandów rodziny miejsc integracji MMTV typu wingless (Wnt) (WNT4, WNTa, WNT7a) i transkrypcyjnych regulatorów rodziny genów homeobox (HOX) (ryc. 10.1).4-6 Ten program morfogenetyczny może być realizowany tylko przy braku hormonu antymüllerowskiego (AMH) wytwarzanego przez sercową część rodziny transformującego czynnika wzrostu β (AMH). 10.1).4-6 Ten program morfogenetyczny może być realizowany jedynie przy braku hormonu antymüllerowskiego (AMH), należącego do rodziny transformującego czynnika wzrostu β, wytwarzanego przez komórki sertoli jąder płodu. Przy braku testosteronu, przewody müllerowskie wydłużają się i rozwijają w jajowody, macicę, szyjkę macicy i górną część pochwy. Faza wydłużania się przewodów müllerowskich wymaga wielu czynników. Biorąc pod uwagę ich wspólne pochodzenie embrionalne, wczesny rozwój nerek, moczowodów i dróg rodnych u myszy jest ściśle powiązany i angażuje inne specyficzne geny, w tym Pax2, Lim1, Emx2, jak również członków rodzin genów Wnt i brzuszno-błoniastych HOXA.7 Lim1 koduje czynnik transkrypcyjny, który wraz z PAX2 jest niezbędny dla rozwoju dróg moczowo-płciowych. Myszy pozbawione Lim1 nie mają macicy i jajowodów.8 Myszy pozbawione Pax2 nie mają nerek, moczowodów i dróg rodnych.9 Nie występuje wydłużanie się doogonowe przewodu przyśródnerczowego. EMX2 jest kolejnym czynnikiem transkrypcyjnym z rodziny genów homeodomenowych, który wydaje się być niezbędny dla rozwoju dróg moczowo-płciowych.10 EMX2 wykazuje wysoką ekspresję w dorosłej macicy, a jego ekspresja jest skorelowana z proliferacją komórek i wydaje się być hamowana przez gen homeobox, HOXA10. U myszy pozbawionych EMX2 występuje zmniejszona ekspresja PAX2 i LIM1, a produkt genu mezenchymalnej polaryzacji segmentalnej, WNT4, jest również nieobecny, co sugeruje istotną rolę tego czynnika transkrypcyjnego.

Badania myszy z ukierunkowaną inaktywacją genów Wnt ujawniły znaczenie tych cząsteczek sygnalizacyjnych w rozwoju układu rozrodczego.4 Kanały müllerowskie są nieobecne u samic myszy pozbawionych Wnt4, genu ulegającego ekspresji w mezenchymie.5 Ponadto samice myszy pozbawione WNT4 są częściowo odwrócone płciowo z powodu zachowania kanałów wilczomleczowych. U kobiet opisano przypadki mutacji null WNT4 związane z regresją przewodu müllerowskiego i fenotypem, w tym hiperandrogenemią, przypominającym mysi knockout WNT4.11 WNT9b ulega ekspresji w nabłonku przewodu müllerowskiego i jest niezbędny do rozszerzenia przewodu müllerowskiego.12 Niedobór Wnt5a, genu ulegającego ekspresji w mezenchymie kanalików płciowych i dróg rodnych, powoduje u myszy zahamowanie wzrostu gruczołów płciowych i brak zewnętrznych narządów płciowych.4 Ekspresja WNT7a występuje w nabłonku luminalnym przewodu müllerowskiego13 i jest zaangażowana w parakrynną sygnalizację do mezenchymy endometrium. Chociaż mutacji WNT7A nie stwierdzono u kobiet z anomaliami przewodu müllerowskiego,14 u myszy pozbawionych WNTta, jajowód nie jest wyraźnie odgraniczony od górnego rogu macicy, a macica rozwija cechy komórkowe podobne do pochwy (w tym warstwowy nabłonek bez gruczołów macicznych), a mięśnie gładkie macicy są zdezorganizowane.8-9 Postnatalna ekspresja HOXA10 i HOXA11 w macicy jest również utracona. Mezenchymalna beta-katenina wydaje się być istotnym efektorem down-stream szlaku WNT7A i pośredniczy w jego wpływie na jajowody i prawidłowy rozwój macicy.15 Geny z rodziny Wnt, w tym receptory i cząsteczki sygnalizacyjne, ulegają również regulowanej ekspresji w dorosłym układzie rozrodczym, co wskazuje, że pełnią one dodatkowe role poza tymi, które są zaangażowane we wczesne wydarzenia morfogenetyczne, w tym regulację działania hormonów steroidowych w dorosłych tkankach (omówione w dalszej części rozdziału).4-6,16-19

Geny HOX kodują ewolucyjnie konserwowaną rodzinę czynników transkrypcyjnych, które zawierają charakterystyczną 60-aminokwasową homeodomenę wiążącą kwas deoksynukleinowy (DNA).6 Odgrywają one kluczową rolę w organizowaniu komórek wzdłuż osi przednio-tylnej i ukierunkowywaniu ich na wybór określonej ścieżki rozwoju. Geny HOX u ssaków ułożone są w cztery różne grona, oznaczone literami od A do D, przy czym każde z nich jest ułożone liniowo, co odpowiada kolejności ekspresji wzdłuż osi przednio-tylnej ciała. Ekspresja genów HOXA w układzie rozrodczym człowieka i myszy jest zachowana, przy czym HOXA9 ulega ekspresji w jajowodach, HOXA10 i HOXA11 w macicy, HOXA11 w szyjce macicy, a HOXA13 w górnej części pochwy.6 Chociaż istnieje spójny regionalny rozkład ekspresji genów HOX w układzie rozrodczym, istnieją dowody na pewną funkcjonalną redundancję pomiędzy sąsiadującymi genami. Podobnie jak geny WNT, również geny HOXA ulegają ekspresji w dorosłej macicy, a ich ekspresja podlega regulacji hormonów steroidowych (estrogenu i progesteronu). HOXA10 i HOXA11 zostały włączone w proces implantacji.20

Znaczenie rodziny genów homeobox w funkcji układu rozrodczego zostało wykazane poprzez celowane delecje w specyficznych genach HOXA. Innym znaczącym odkryciem było stwierdzenie, że zespół ręka-stopa-genital i zespół Guttmachera, autosomalne dominujące schorzenia, które wpływają na kości rąk i stóp oraz powodują nieprawidłowości dróg rodnych (w tym macicę dwurożną), są spowodowane mutacjami w genie HOXA13.21,22 Jednak do tej pory u osób z wrodzonym brakiem macicy i pochwy nie stwierdzono mutacji w genach HOXA7 do HOXA13 oraz kofaktora genu HOX – homeoboksu 1 (PBX1) przed białaczką B-komórkową. Myszy z ukierunkowanymi delecjami w genach HOXA10 i HOXA11 wykazują subtelne nieprawidłowości w morfologii macicy, w tym przekształcenie górnego odcinka macicy w histologię przypominającą jajowód (mutanty HOXA10); zmniejszony rozwój zrębu endometrium i ekspresję czynnika hamującego białaczkę (LIF) obserwuje się u mutantów HOXA11.20,23 Warto zauważyć, że zarówno nullizygotyczne samice HOXA10, jak i HOXA11 są niepłodne z powodu czynnika macicznego, co sugeruje udział tych genów w procesie implantacji u dorosłych. Myszy pozbawione H6 homeobox 3 (Hmx3), innego produktu genu domeny homeobox, są również niepłodne z powodu defektu implantacji związanego z zaburzeniami ekspresji genów WNT i LIF.24

Anomalie müllerowskie stanowią złożony i rzadki zbiór wad rozwojowych występujących u 5% populacji ogólnej. W zależności od etapu rozwoju, na którym występują, te wady układu rozrodczego mogą być łagodne (w tym przegroda macicy) lub ciężkie z całkowitym brakiem szyjki macicy, macicy i jajowodów. Wady te mogą być związane z niepłodnością, endometriozą i poronieniami, ale mogą również wymagać korekty chirurgicznej i są często wykrywane w okresie dojrzewania, jeśli nie wcześniej.25 Biorąc pod uwagę ścisłą interakcję rozwojową między układem moczowym i müllerowskim, nie jest zaskakujące, że występuje agenezja łączna przewodu nerkowego i müllerowskiego.26 Wzorce i genetyka anomalii müllerowskich zapewniają dalszy wgląd w embriologię morfogenezy dróg rodnych.

Zespół Mayera-Rokitansky’ego-Küstera-Hausera (MRKH) jest wrodzoną aplazją lub ciężką hipoplazją dorosłych pochodnych przewodów müllerowskich, w tym jajowodów, macicy, szyjki macicy i górnej części pochwy. Chociaż hipoplazja müllerowska może być cechą wielu innych specyficznych zespołów genetycznych,27 w MRKH hipoplazja müllerowska jest najbardziej widoczną anomalią. Częstość występowania MRKH wynosi co najmniej 1 na 4500 kobiet i jest powszechnie dzielona na typ I, izolowaną hipoplazję müllerowską, oraz typ II, znany również jako müllerowski zespół Somite Renal Cervico-thoracic (MURCS association), obejmujący wady nerek, układu kostnego i słuchu, a także sporadyczne anomalie sercowe i cyfrowe.11 Do najczęstszych anomalii nerek należą jednostronna agenezja, ektopia nerek i nerka podkowiasta; do najczęstszych anomalii układu kostnego należą zrośnięte kręgi (najczęściej szyjne) i skolioza. Spojenie co najmniej dwóch segmentów szyjnych, krótka szyja, niska linia włosów i ograniczenie ruchów szyi, znane jako zespół Klippel Feil, są widoczne.11 Genetyczne podłoże tych zespołów jest w dużej mierze nieznane, ale powiązano je z kilkoma defektami genów. Warianty liczby kopii (Copy number variants, CNVs), spowodowane mikrodelecjami i mikrokreplikacjami, występują stosunkowo często,28 zwłaszcza w 16p11.2 i 17q12. Ponadto CNV obejmujące gen SHOX (short stature homeobox) w Xp22 zostały wykryte w niektórych seriach przypadków MRKH,29 ale nie w innych.30 Badania genów kandydujących, sugerowanych przez fenotypy mutacji u myszy i ludzi, nie przyniosły pozytywnych wyników, nie udało się powiązać defektów w receptorach AMH, guzie Wilmsa 1 (WT1), PAX2, urydylowej transferazie galaktozo-1-fosforanu (GALT), regulatorze przewodnictwa transmembranowego mukowiscydozy (CFTR) lub genach klastra HOXA z zespołem MRKH.

Ostatnio opisano trzecią odrębną jednostkę, MRKH związaną z hiperandrogenizmem, i potwierdzono wyraźny związek z czterema różnymi defektami w genie WNT4.31-34 Badania zmutowanych białek WNT4 w hodowli komórkowej oraz niedobór WNT4 u myszy sugerują, że hiperandrogenizm jest wynikiem braku represji (poprzez stabilizację beta-kateniny) spowodowanej przez WNT4 zarówno dla CYP17A1, jak i HSD3B2 lub tylko dla CYP17A1. Niepowodzenie w tworzeniu przewodu müllerowskiego wydaje się wynikać z wymogu sygnalizacji WNT4/beta-kateniny w rozwoju przewodu müllerowskiego. W wielu seriach przypadków MRKH bez hiperandrogenizmu nie stwierdzono związku z mutacjami WNT4, co dodatkowo wzmacnia hipotezę, że MRKH z hiperandrogenizmem jest zaburzeniem odrębnym klinicznie i genetycznie.29,35-38

Kliniczne podejście do pacjentek z MRKH powinno obejmować ocenę obrazowania anatomii miednicy, obrazowania anatomii nerek, pomiar stężenia hormonu folikulotropowego (FSH), estradiolu i testosteronu w osoczu. W zależności od towarzyszących objawów i oznak, badania dodatkowe mogą obejmować elektrokardiogram (EKG), audiogram, RTG układu kostnego i laparoskopię miednicy. Aby umożliwić odbycie stosunku płciowego, konieczne może być również leczenie dylatacyjne lub wytworzenie neowaginy. Ponieważ macierzyństwo zastępcze u pacjentki z MRKH umożliwiłoby jej posiadanie genetycznie spokrewnionego dziecka, wskazane mogą być badania genetyczne lub przedimplantacyjne badania genetyczne.

Morfogeneza żeńskich dróg rodnych nie wymaga działania estrogenów. Jajowody, macica, szyjka macicy i pochwa powstają u myszy z inaktywującymi mutacjami obu jądrowych receptorów estrogenowych (ERα i ERβ).39 Pomimo tej niezależności od matczynych lub płodowych estrogenów, prawidłowe różnicowanie żeńskich dróg rodnych może być paradoksalnie zaburzone przez egzogenne estrogeny.40 Dietylostilbestrol (DES), syntetyczny estrogen, który powoduje anomalie macicy i szyjki macicy u narażonych kobiet (omówione w dalszej części tego rozdziału), oraz polichlorowane bifenyle hamują ekspresję WNT7a i zmieniają wzór ekspresji HOXA9 i HOXA10 w drogach rodnych myszy poprzez ERα.39-41 Sugeruje to, że zmiany w ekspresji genów HOXA i WNT są prawdopodobnym mechanizmem molekularnym leżącym u podstaw wad anatomicznych obserwowanych u ludzkich kobiet narażonych na DES in utero. Postnatalny progesteron może również hamować prawidłowy rozwój gruczołów endometrialnych, jak wykazano u noworodków owcy.42 Na podstawie tego modelu wydaje się, że endometrium aglandularne wiąże się z zaburzeniem systemu WNT,43 i ilustruje, że chociaż prawidłowy rozwój może być niezależny od hormonów steroidowych, ekspozycja w niewłaściwym czasie może zmienić prawidłowe ścieżki rozwojowe.