Rollen för Wnt-familjen och homeobox-generna

De embryonala händelserna som beskrivs ovan styrs till stor del av uttrycket av utsöndrade ligander i Wnt-familjen (WNT4, WNTa, WNT7a) och transkriptionsregulatorer i homeobox (HOX)-genfamiljen (fig. 10.1).4-6 Detta morfogenetiska program kan endast genomföras i avsaknad av anti-müllerian-hormon (AMH), en medlem av den transformerande tillväxtfaktor β-familjen som tillverkas av sertolicellerna i de fetala testiklarna. I avsaknad av testosteron förlängs de mülleriska kanalerna och utvecklas till äggledare, livmoder, livmoderhals och övre delen av slidan. De mülleriska kanalernas förlängningsfas kräver ett antal faktorer. Med tanke på deras gemensamma embryonala ursprung är den tidiga utvecklingen hos musen av njurarna, urinledarna och könsorganen tätt sammankopplade och involverar andra specifika gener, bland annat Pax2, Lim1, Emx2 samt medlemmarna i genfamiljerna Wnt och abdominal-B HOXA.7 Lim1 kodar för en transkriptionsfaktor som tillsammans med PAX2 är nödvändig för utvecklingen av urogenitala vägar. Lim1-nollmöss saknar livmoder och äggledare.8 Pax2-nollmöss saknar njurar, urinledare och genitalbanor.9 Caudal förlängning av den paramesonefriska kanalen saknas. EMX2 är en annan transkriptionsfaktor i genfamiljen homeodomäner som tycks vara nödvändig för utvecklingen av urogenitala trakter.10 EMX2 uttrycks i hög grad i den vuxna livmodern och dess uttryck korrelerar med cellproliferation och tycks hämmas av homeoboxgenen HOXA10. Det finns ett minskat uttryck av PAX2 och LIM1, och mesenkymal segmentell polaritetsgenprodukt, WNT4, saknas också hos möss som saknar EMX2, vilket tyder på att denna transkriptionsfaktor spelar en viktig roll.

Studien av möss med riktad inaktivering av Wnt-gener avslöjade betydelsen av dessa signalmolekyler för utvecklingen av könsorganen.4 De mülleriska kanalerna saknas hos honmöss som saknar Wnt4, en gen som uttrycks i mesenkymet.5 Dessutom är honmöss som saknar WNT4 delvis könsreturnerade på grund av att de mulleriska kanalerna bibehålls. Fall av WNT4-nollmutationer i samband med regression av mülleriska dukter och en fenotyp, inklusive hyperandrogenemi, som liknar den hos WNT4-knockoutmusen har rapporterats hos kvinnor.11 WNT9b uttrycks i epitelet i de wolffska dukterna och är nödvändig för utbyggnad av mülleriska dukterna.12 Brist på Wnt5a, en gen som uttrycks i genitalknölen och genitalkanalens mesenkym, resulterar i möss med förkrympta genitalknölar och avsaknad av yttre könsorgan.4 WNT7a uttrycks i det luminala epitelet i müllerian duct13 och är involverad i parakrin signalering till det endometriella mesenkymet. Även om WNT7A-mutationer inte har hittats hos kvinnor med mülleriska anomalier,14 hos möss som saknar WNTta är äggledaren inte tydligt avgränsad från det övre livmoderhornet, och livmodern utvecklar cellulära egenskaper som liknar slidan (inklusive ett stratifierat epitel utan livmoderkörtlar), och den glatta muskulaturen i livmodern är oorganiserad.8-9 Det postnatala uttrycket av HOXA10 och HOXA11 i livmodern är också förlorat. Mesenkymalt betakatenin verkar vara den viktiga nedströms effektorn för WNT7A-vägen och förmedlar dess effekter på ovidukten och den korrekta utvecklingen av livmodern.15 Wnt-familjens gener, inklusive receptorer och nedströms signalmolekyler, uttrycks också på ett reglerat sätt i det vuxna fortplantningsorganet, vilket tyder på att de har ytterligare roller utöver dem som är involverade i tidiga morfogenetiska händelser, inklusive regleringen av steroidhormonernas verkan i vuxna vävnader (diskuteras senare i kapitlet).4-6,16-19

Hox-gener kodar för en evolutionärt konserverad familj av transkriptionsfaktorer som innehåller en karakteristisk 60 aminosyraminosauridbindande homeodomän (DNA-bindande).6 De spelar kritiska roller när det gäller att organisera celler längs den främre och bakre axeln och styra dem att välja en viss utvecklingsväg. Däggdjurens HOX-gener är ordnade i fyra olika kluster, betecknade A till D, där varje kluster är organiserat i ett linjärt arrangemang som är parallellt med uttrycksordningen längs den främre-posteriora kroppsaxeln. Uttrycket av HOXA-gener i människans och musens fortplantningsorgan är bevarat, där HOXA9 uttrycks i äggledarna, HOXA10 och HOXA11 i livmodern, HOXA11 i livmoderhalsen och HOXA13 i den övre delen av slidan.6 Även om det finns en konsekvent regional fördelning av HOX-genuttrycket längs fortplantningsorganen finns det tecken på att det finns en viss funktionell redundans bland de intilliggande generna. Liksom WNT-generna uttrycks HOXA-generna också i den vuxna livmodern och deras uttryck är under reglering av steroidhormoner (östrogen och progesteron). HOXA10 och HOXA11 har båda involverats i implantationsprocessen.20

Homeobox-genfamiljens betydelse för fortplantningsorganens funktion har påvisats genom riktade deletioner i specifika HOXA-gener. En annan viktig upptäckt var att hand-fot-genitalt syndrom och Guttmachers syndrom, autosomalt dominanta tillstånd som påverkar benen i händer och fötter och orsakar avvikelser i fortplantningsorganen (inklusive bicornuate uterus), orsakas av mutationer i HOXA13-genen.21,22 Hittills har dock mutationer i HOXA7 till HOXA13 och HOX-genens kofaktor pre B-cell leukemi homeobox1 (PBX1) ännu inte hittats hos personer med medfödd avsaknad av livmoder och vagina. Möss med riktade deletioner i HOXA10- och HOXA11-generna har subtila avvikelser i livmoderns morfologi, inklusive omvandling av det övre livmodersegmentet till en oviduktliknande histologi (HOXA10-mutanter); minskad utveckling av endometrial stromal utveckling och uttryck av leukemiinhibitorisk faktor (LIF) ses hos HOXA11-mutanter20,23 . Noterbart är att både HOXA10- och HOXA11-nullizygota honor är infertila på grund av en uterusfaktor, vilket innebär att dessa gener är involverade i implantationsprocessen hos den vuxna individen. Möss som saknar H6 homeobox 3 (Hmx3), en annan genprodukt från homeoboxdomänen, är också infertila på grund av en implantationsdefekt som är förknippad med störningar i WNT- och LIF-genuttrycket.24

Müllerian anomalier representerar en komplex och sällsynt samling av utvecklingsdefekter som förekommer hos 5 % av den allmänna befolkningen. Beroende på det utvecklingsstadium i vilket de uppträder kan dessa defekter i fortplantningsorganen vara lindriga (inklusive ett uterusseptum) eller allvarliga med fullständig avsaknad av livmoderhalsen, livmodern och äggledarna. Dessa kan förknippas med infertilitet, endometrios och missfall men kan också kräva kirurgisk korrigering och upptäcks ofta vid puberteten, om inte tidigare.25 Med tanke på det nära utvecklingsmässiga samspelet mellan müllerianus- och urinvägarna är det inte förvånande att kombinerad agenesi av njur- och müllerianusgångar förekommer.26 Mönster och genetik för mülleriska anomalier ger ytterligare insikt i embryologin för fortplantningsorganens morfogenes.

Mayer-Rokitansky-Küster-Hausers syndrom (MRKH) är medfödd aplasi eller allvarlig hypoplasi av de vuxna derivaten av de mülleriska kanalerna, inklusive äggledarna, livmodern, livmoderhalsen och den övre delen av vagina. Även om müllerian hypoplasi kan vara ett kännetecken för många andra specifika genetiska syndrom,27 är müllerian hypoplasi den mest framträdande anomalin i MRKH. MRKH har en incidens på minst 1 på 4 500 kvinnor och delas vanligen in i typ I, isolerad müllerian hypoplasi och typ II, även känd som müllerian Renal Cervico-thoracic Somite (MURCS-sammanslutningen), som innefattar njur-, skelett- och hörseldefekter samt enstaka hjärt- och digitala anomalier.11 De vanligare njuranomalierna omfattar unilateral agenesi, ektopi av njurar och hästsko njure; de vanligare skelettanomalierna omfattar sammanväxta kotor (vanligen cervikala) och skolios. Fusion av minst två cervikala segment, kort hals, låg hårfäste och begränsning av nackens rörelse, känt som Klippel Feil-syndromet, ses.11 Den genetiska grunden för dessa syndrom är i stort sett okänd, men ett fåtal gendistorsioner har associerats. Kopieringsnummervarianter (CNV) på grund av mikrodeletioner och mikroduplikationer är relativt vanliga,28 särskilt vid 16p11.2 och 17q12. Dessutom har CNV:er som involverar SHOX-genen (Short Stature Homeobox) vid Xp22 upptäckts i vissa MRKH-fallserier,29 men inte i andra.30 Studier av kandidatgener, som föreslagits av mutationsfenotyper hos mus och människa, har inte gett några resultat, och man har inte lyckats associera defekter i AMH-receptorer, Wilms Tumor 1 (WT1), PAX2, galaktos-1-fosfat-uridyltransferas (GALT), CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) eller HOXA-klustergener med MRKH-syndromet.

Nyligen har en tredje distinkt enhet, MRKH associerad med hyperandrogenism, rapporterats och ett tydligt samband med fyra olika defekter i WNT4-genen har bekräftats31-34 . Studier av de muterade WNT4-proteinerna i cellkultur och WNT4-brist hos möss tyder på att hyperandrogenismen är ett resultat av att den WNT4-medierade repressionen (via beta catenin-stabilisering) av både CYP17A1 och HSD3B2 eller endast CYP17A1 inte fungerar. Den uteblivna bildningen av mülleriska kanaler verkar vara ett resultat av kravet på WNT4/beta-catenin-signalering vid müllerisk utveckling. Flera fallserier av MRKH utan hyperandrogenism har inte hittat något samband med WNT4-mutationer, vilket ytterligare stärker hypotesen att MRKH med hyperandrogenism är en kliniskt och genetiskt distinkt sjukdom.29,35-38

En klinisk strategi för MRKH-patienter bör innefatta utvärdering av avbildningar av bäckenanatomi, avbildningar av njuranatomi, mätning av follikelstimulerande hormon (FSH), östradiol och testosteron i plasma. Beroende på associerade symtom och tecken kan kompletterande tester omfatta elektrokardiogram (EKG), audiogram, skelettröntgen och bäckenlaparoskopi. Dilatatorbehandling eller skapande av neovagina kan också vara nödvändigt för att möjliggöra samlag. Eftersom surrogatmödraskap hos en MRKH-patient skulle göra det möjligt för henne att få ett genetiskt besläktat barn kan genetiska tester eller preimplantatorisk genetisk screening vara indicerat.

Morfogenesen i det kvinnliga reproduktionsorganet kräver inte östrogenverkan. Äggledare, livmoder, livmoderhals och vagina bildas hos möss med inaktiverande mutationer av båda nukleära östrogenreceptorer (ERα och ERβ).39 Trots detta oberoende av moderliga eller fetala östrogener kan den normala differentieringen av de kvinnliga reproduktionsorganen paradoxalt nog störas av exogena östrogener40. Diethylstilbestrol (DES), ett syntetiskt östrogen som orsakar livmoder- och livmoderhalsanomalier hos exponerade kvinnor (diskuteras senare i detta kapitel), och polyklorerade bifenyler undertrycker uttrycket av WNT7a och förändrar uttrycksmönstret för HOXA9 och HOXA10 i murins fortplantningsorgan genom ERα.39-41 Detta tyder på att förändringar i uttrycket av HOXA- och WNT-genen är den sannolika molekylära mekanism som ligger till grund för de anatomiska defekter som observerats hos mänskliga kvinnor som exponerats för DES in utero. Postnatalt progesteron kan också hämma den normala utvecklingen av endometriumkörteln, vilket visats hos det neonatala fåret.42 Med hjälp av denna modell verkar det som om aglandulärt endometrium innebär en störning av WNT-systemet,43 och illustrerar att även om den normala utvecklingen kan vara oberoende av steroidhormoner, kan exponering vid fel tidpunkt förändra de normala utvecklingsvägarna.