Распространенность микроделеций AZFc региона Y-хромосомы и влияние на сперматогенез у российских мужчин из общей популяции

Y-хромосома содержит набор генов, имеющих тестис-специфическую экспрессию, ответственных за развитие яичек и сперматогенез, и является наиболее важной мишенью в поиске генетических причин мужского бесплодия. Большинство из этих генов расположены в локусе «фактора азооспермии» AZF (регионы AZFa, AZFb и AZFc) на длинном плече Y-хромосомы. Микроделеции Y-хромосомы, приводящие к удалению всего локуса AZF, а также одного или нескольких регионов (полные делеции), являются одной из ведущих причин нарушения сперматогенеза и бесплодия, однако роль частичных AZFc-делеций (gr/gr, b2/b3, b1/b3) в нарушении сперматогенеза не ясна, а влияние на сперматогенез варьирует между популяциями. Цель настоящего исследования состояла в оценке частоты различных типов AZFс-микроделеций и поиске ассоциаций с параметрами сперматогенеза у мужчин славянской этнической группы из общей российской популяции (n = 700, средний возраст 25.8  года). Для выявления AZF-микроделеций анализировали наличие/отсутствие 15 STS-маркеров методом мультиплексной полимеразной цепной реакции в режиме реального времени. У всех участников записывали возраст, вес, рост, оценивали объем, концентрацию, общее количество, долю подвижных и морфологически нормальных сперматозоидов в эякуляте. В исследуемой выборке выявлены 19.9 % (139/700) мужчин с микроделециями AZFс региона, из них 16.7 % (117/700) являлись носителями частичной делеции b2/b3, 3.0 % (21/700) – частичной делеции gr/gr, 0.14 % (1/700) – полной делеции b2/b4. Не обнаружены AZFa и AZFb микроделеции и другие типы AZF-делеций. Суммарная частота всех типов AZFс-делеций, а также каждого типа частичных микроделеций b2/b3 и gr/gr не различалась в группах азооспермии, тяжелой олигозооспермии (≤5.0 млн/мл), олигозооспермии (5.0 < КС < 16.0 млн/мл) и нормальной концентрации сперматозоидов (≥16.0 млн/мл). Сравнение спермиологических показателей в группах с различными типами частичных AZFc-делеций и контролем (без делеций) тоже не выявило достоверных различий. Таким образом, частичные AZFc-микроделеции b2/b3 и gr/gr не оказывают существенного влияния на сперматогенез у славянских мужчин. Предполагается, что у славян частичные AZFсмикроделеции b2/b3 и gr/gr фиксированы в Y-гаплогруппе N3 и R1a соответственно, а их негативное влияние на сперматогенез уравновешивается другими генетическими факторами. Установленная в нашей работе более высокая частота частичных AZFc-делеций (19.7 %) у славян по сравнению с европейскими популяциями (7.3 %) также может объясняться широким распространением этих Y-гаплогрупп в славянской популяции России.>< 16.0 млн/мл) и нормальной концентрации сперматозоидов (≥16.0 млн/мл). Сравнение спермиологических показателей в группах с различными типами частичных AZFc-делеций и контролем (без делеций) тоже не выявило достоверных различий. Таким образом, частичные AZFc-микроделеции b2/b3 и gr/gr не оказывают существенного влияния на сперматогенез у славянских мужчин. Предполагается, что у славян частичные AZFсмикроделеции b2/b3 и gr/gr фиксированы в Y-гаплогруппе N3 и R1a соответственно, а их негативное влияние на сперматогенез уравновешивается другими генетическими факторами. Установленная в нашей работе более высокая частота частичных AZFc-делеций (19.7 %) у славян по сравнению с европейскими популяциями (7.3 %) также может объясняться широким распространением этих Y-гаплогрупп в славянской популяции России.

1. Akbarzadeh Khiavi M., Jalili A., Safary A., Gharedaghchi Z., Mirinezhad S.K., Mehdizadeh A., Rahmani S.A. Karyotypic abnormalities and molecular analysis of Y chromosome microdeletion in Iranian Azeri Turkish population infertile men. Syst. Biol. Reprod. Med. 2020;66(2):140-146. DOI 10.1080/19396368.2019.1682083

2. Alimardanian L., Saliminejad K., Razi S., Ahani A. Analysis of partial azoospermia factor c deletion and DAZ copy number in azoospermia and severe oligozoospermia. Andrologia. 2016;48(9):890-894. DOI 10.1111/and.12527

3. Arredi B., Ferlin A., Speltra E., Bedin C., Zuccarello D., Ganz F., Marchina E., Stuppia L., Krausz C., Foresta C. Y-chromosome haplogroups and susceptibility to azoospermia factor c microdeletion in an Italian population. J. Med. Genet. 2007;44(3):205-208. DOI 10.1136/jmg.2006.046433

4. Bahmanimehr A., Zeighami S., Namavar Jahromi B., Anvar Z., Parsanezhad M.E., Davari M., Montazeri S. Detection of Y chromosome microdeletions and hormonal profile analysis of infertile men undergoing assisted reproductive technologies. Int. J. Fertil. Steril. 2018;12(2):173-177. DOI 10.22074/ijfs.2018.5244

5. Balanovska E.V., Balanovsky O.P. The Russian Gene Pool on the Russian Plain. Moscow, 2007 (in Russian)

6. Bansal S.K., Gupta G., Rajender S. Y chromosome b2/b3 deletions and male infertility: a comprehensive meta-analysis, trial sequential analysis and systematic review. Mutat. Res. Rev. Mutat. Res. 2016a; 768:78-90. DOI 10.1016/j.mrrev.2016.04.007

7. Bansal S.K., Jaiswal D., Gupta N., Singh K., Dada R., Sankhwar S.N., Gupta G., Rajender S. Gr/gr deletions on Y-chromosome correlate with male infertility: an original study, meta-analyses, and trial sequential analyses. Sci. Rep. 2016b;6:19798. DOI 10.1038/srep19798

8. Barkov I.Yu., Soroka N.E., Popova A.Yu., Gamidov S.I., Belyaeva N.A., Glinkina Zh.I., Kalinina E.A., Trofimov D.Yu., Sukhikh G.T. Diagnosis of male infertility associated with microdeletions at the AZF locus of the Y chromosome. Akusherstvo i Ginekologiya = Obstetrics and Gynecology. 2014;1:59-64 (in Russian)

9. Behulova R., Varga I., Strhakova L., Bozikova A., Gabrikova D., Boronova I., Repiska V. Incidence of microdeletions in the AZF region of the Y chromosome in Slovak patients with azoospermia. Biomed. Pap. Med. Fac. Univ. Palacky Olomouc Czech. Repub. 2011;155(1): 33-38. DOI 10.5507/bp.2011.006

10. Beyaz C.C., Gunes S., Onem K., Kulac T., Asci R. Partial deletions of Y-chromosome in infertile men with non-obstructive azoospermia and oligoasthenoteratozoospermia in a Turkish population. In Vivo. 2017;31(3):365-371. DOI 10.21873/invivo.11068

11. Chernykh V.B., Chukhrova A.L., Beskorovainaya T.S., Grishina E.M., Sorokina T.M., Shileiko L.V., Gogolevsky P.A., Kalugina A.S., Morina G.V., Togobetsky A.S., Tanevsky V.E., Zdanovsky V.M., Gogolevskaya I.K., Kramerov D.A., Polyakov A.V., Kurilo L.F. Types of Y chromosome deletions and their frequency in infertile men. Russ. J. Genet. 2006;42(8):936-941. DOI 10.1134/S1022795406080138

12. ChernykhV.B., Rudneva S.A., Sorokina T.M., Shileyko L.V., Kurilo L.F., Ryzhkova O.P., Chukhrova A.L., Polyakov A.V. Characteristics of spermatogenesis in infertile men with the AZFc region deletions. Andrologiya i Genitalnaya Khirurgiya = Andrology and Genital Surgery. 2014;2:48-57 (in Russian)

13. Chernykh V.B., Ryzhkova O.P., Kuznetsova I.A., Kazaryan M.S., Sorokina T.M., Kurilo L.F., Schagina O.A., Polyakov A.V. Deletions in AZFc region of Y chromosome in Russian fertile men. Russ. J. Genet. 2022;58(7):850-856. DOI 10.1134/s1022795422070043

14. Choi J., Song S.H., Bak C.W., Sung S.R., Yoon T.K., Lee D.R., Shim S.H. Impaired spermatogenesis and gr/gr deletions related to Y chromosome haplogroups in Korean men. PLoS One. 2012;7(8): e43550. DOI 10.1371/journal.pone.0043550

15. Cioppi F., Rosta V., Krausz C. Genetics of azoospermia. Int. J. Mol. Sci. 2021;22(6):3264. DOI 10.3390/ijms22063264

16. Colaco S., Modi D. Genetics of the human Y chromosome and its association with male infertility. Reprod. Biol. Endocrinol. 2018; 16(1):14. DOI 10.1186/s12958-018-0330-5

17. Deng C.Y., Zhang Z., Tang W.H., Jiang H. Microdeletions and vertical transmission of the Y-chromosome azoospermia factor region. Asian J. Androl. 2023;25(1):5-12. DOI 10.4103/aja2021130

18. Derenko M., Malyarchuk B., Denisova G., Wozniak M., Grzybowski T., Dambueva I., Zakharov I. Y-chromosome haplogroup N dispersals from south Siberia to Europe. J. Hum. Genet. 2007;52(9):763-770. DOI 10.1007/s10038-007-0179-5

19. Ferlin A., Tessari A., Ganz F., Marchina E., Barlati S., Garolla A., Engl B., Foresta C. Association of partial AZFc region deletions with spermatogenic impairment and male infertility. J. Med. Genet. 2005;42(3):209-213. DOI 10.1136/jmg.2004.025833

20. Fu M., Chen M., Guo N., Lin M., Li Y., Huang H., Cai M., Xu L. Molecular genetic analysis of 1,980 cases of male infertility. Exp. Ther. Med. 2023;26(1):345. DOI 10.3892/etm.2023.12044

21. Ghorbel M., Gargouri S.B., Zribi N., Abdallah F.B., Cherif M., Keskes R., Chakroun N., Sellami A., McElreavey K., Fakhfakh F., Ammar-Keskes L. Partial microdeletions in the Y-chromosome AZFc region are not a significant risk factor for spermatogenic impairment in Tunisian infertile men. Genet. Test. Mol. Biomarkers. 2012;16(7): 775-779. DOI 10.1089/gtmb.2012.0024

22. Hallast P., Kibena L., Punab M., Arciero E., Rootsi S., Grigorova M., Flores R., Jobling M.A., Poolamets O., Pomm K., Korrovits P., Rull K., Xue Y., Tyler-Smith C., Laan M. A common 1.6 MB Ychromosomal inversion predisposes to subsequent deletions and severe spermatogenic failure in humans. eLife. 2021;10:e65420. DOI 10.7554/eLife.65420

23. Hucklenbroich K., Gromoll J., Heinrich M., Hohoff C., Nieschlag E., Simoni M. Partial deletions in the AZFc region of the Y chromosome occur in men with impaired as well as normal spermatogenesis. Hum. Reprod. 2005;20(1):191-197. DOI 10.1093/humrep/deh558

24. Iijima M., Shigehara K., Igarashi H., Kyono K., Suzuki Y., Tsuji Y., Kobori Y., Kobayashi H., Mizokami A. Y chromosome microdeletion screening using a new molecular diagnostic method in 1030 Japanese males with infertility. Asian J. Androl. 2020;22(4):368-371. DOI 10.4103/aja.aja_97_19

25. Ilumäe A.M., Reidla M., Chukhryaeva M., Järve M., Post H., Karmin M., Saag L., Agdzhoyan A., Kushniarevich A., Litvinov S., Ekomasova N., Tambets K., Metspalu E., Khusainova R., Yunusbayev B., Khusnutdinova E.K., Osipova L.P., Fedorova S., Utevska O., Koshel S., Balanovska E., Behar D.M., Balanovsky O., Kivisild T., Underhill P.A., Villems R., Rootsi S. Human Y chromosome haplogroup N: a non-trivial time-resolved phylogeography that cuts across language families. Am. J. Hum. Genet. 2016;99(1): 163-173. DOI 10.1016/j.ajhg.2016.05.025

26. Johnson M., Raheem A., De Luca F., Hallerstrom M., Zainal Y., Poselay S., Mohammadi B., Moubasher A., Johnson T.F., Muneer A., Sangster P., Ralph D.J. An analysis of the frequency of Y-chromosome microdeletions and the determination of a threshold sperm concentration for genetic testing in infertile men. BJU Int. 2019; 123(2):367-372. DOI 10.1111/bju.14521

27. Krausz C., Casamonti E. Spermatogenic failure and the Y chromosome. Hum. Genet. 2017;136(5):637-655. DOI 10.1007/s00439-017-1793-8

28. Krausz C., Cioppi F., Riera-Escamilla A. Testing for genetic contributions to infertility: potential clinical impact. Expert Rev. Mol. Diagn. 2018;18(4):331-346. DOI 10.1080/14737159.2018.1453358

29. Krausz C., Navarro-Costa P., Wilke M., Tüttelmann F. EAA/EMQN best practice guidelines for molecular diagnosis of Y-chromosomal microdeletions: state of the art 2023. Andrology. 2024;12(3):487- 504. DOI 10.1111/andr.13514

30. Kuroda S., Usui K., Sanjo H., Takeshima T., Kawahara T., Uemura H., Yumura Y. Genetic disorders and male infertility. Reprod. Med. Biol. 2020;19(4):314-322. DOI 10.1002/rmb2.12336

31. Kuzmanovska M., Noveski P., Terzic M., Plaseski T., Kubelka-Sabit K., Filipovski V., Lazarevski S., Sukarova Stefanovska E., PlaseskaKaranfilska D. Y-chromosome haplogroup architecture confers susceptibility to azoospermia factor c microrearrangements: a retrospective study. Croat. Med. J. 2019;60(3):273-283. DOI 10.3325/cmj.2019.60.273

32. Lebedev G.S., Golubev N.A., Shaderkin I.A., Shaderkina V.A., Apolikhin O.I., Sivkov A.V., Komarova V.A. Male infertility in the Russian Federation: statistical data for 2000–2018. Eksperimental’naya i Klinicheskaya Urologiya = Experimental and Clinical Urology. 2019; 4:4-12. DOI 10.29188/2222-8543-2019-11-4-4-12 (in Russian)

33. Levkova M., Chervenkov T., Angelova L. The association of gr/gr deletion in the Y chromosome and impaired spermatogenesis in Bulgarian males: a pilot study. Middle East Fertil. Soc. J. 2020;25:10. DOI 10.1186/s43043-020-00020-9

34. Liu T., Song Y.X., Jiang Y.M. Early detection of Y chromosome microdeletions in infertile men is helpful to guide clinical reproductive treatments in southwest of China. Medicine (Baltimore). 2019; 98(5):e14350. DOI 10.1097/MD.0000000000014350

35. Lo Giacco D., Chianese C., Sánchez-Curbelo J., Bassas L., Ruiz P., Rajmil O., Sarquella J., Vives A., Ruiz-Castañé E., Oliva R., Ars E., Krausz C. Clinical relevance of Y-linked CNV screening in male infertility: new insights based on the 8-year experience of a diagnostic genetic laboratory. Eur. J. Hum. Genet. 2014;22(6):754-761. DOI 10.1038/ejhg.2013.253

36. Lu C., Jiang J., Zhang R., Wang Y., Xu M., Qin Y., Lin Y., Guo X., Ni B., Zhao Y., Diao N., Chen F., Shen H., Sha J., Xia Y., Hu Z., Wang X. Gene copy number alterations in the azoospermia-associated AZFc region and their effect on spermatogenic impairment. Mol. Hum. Reprod. 2014;20(9):836-843. DOI 10.1093/molehr/gau043

37. Mikhaylenko D.S., Sobol I.Y., Safronova N.Y., Simonova O.A., Efremov E.A., Efremov G.D., Alekseev B.Y., Kaprin A.D., Nemtsova M.V. The incidence of AZF deletions, CFTR mutations and long alleles of the AR CAG repeats during the primary laboratory diagnostics in a heterogeneous group of infertily men. Urologiia. 2019; 3:101-107. DOI 10.18565/urology.2019.3.101-107 (in Russian)

38. Mokánszki A., Ujfalusi A., Gombos É., Balogh I. Examination of Y-chromosomal microdeletions and partial microdeletions in idiopathic infertility in East Hungarian patients. J. Hum. Reprod. Sci. 2018;11(4):329-336. DOI 10.4103/jhrs.JHRS_12_18

39. Osadchuk L.V., Shantanova L.N., Troev I.V., Kleshchev M.A., Osadchuk A.V. Regional and ethnic differences in semen quality and reproductive hormones in Russia: a Siberian population-based cohort study of young men. Andrology. 2021;9:1512-1525. DOI 10.1111/andr.13024

40. Osadchuk L., Vasiliev G., Kleshchev M., Osadchuk A. Androgen receptor gene CAG repeat length varies and affects semen quality in an ethnic-specific fashion in young men from Russia. Int. J. Mol. Sci. 2022;23(18):10594. DOI 10.3390/ijms231810594

41. Pan Y., Li L.L., Yu Y., Jiang Y.T., Yang X., Zhang H.G., Liu R.Z., Wang R.X. Natural transmission of b2/b3 subdeletion or duplication to expanded Y chromosome microdeletions. Med. Sci. Monit. 2018;24:6559-6563. DOI 10.12659/MSM.911644

42. Peterlin B., Kunej T., Sinkovec J., Gligorievska N., Zorn B. Screening for Y chromosome microdeletions in 226 Slovenian subfertile men. Hum. Reprod. 2002;17(1):17-24. DOI 10.1093/humrep/17.1.17

43. Plaseski T., Novevski P., Kocevska B., Dimitrovski C., Efremov G.D., Plaseska-Karanfilska D. AZF deletions in infertile men from the Republic of Macedonia. Prilozi. 2006;27(1):5-16

44. Repping S., van Daalen S.K., Korver C.M., Brown L.G., Marszalek J.D., Gianotten J., Oates R.D., Silber S., van der Veen F., Page D.C., Rozen S. A family of human Y chromosomes has dispersed throughout northern Eurasia despite a 1.8-Mb deletion in the azoospermia factor c region. Genomics. 2004;83(6):1046-1052. DOI 10.1016/j.ygeno.2003.12.018

45. Rozen S.G., Marszalek J.D., Irenze K., Skaletsky H., Brown L.G., Oates R.D., Silber S.J., Ardlie K., Page D.C. AZFc deletions and spermatogenic failure: a population-based survey of 20,000 Y chromosomes. Am. J. Hum. Genet. 2012;91(5):890-896. DOI 10.1016/j.ajhg.2012.09.003

46. Sin H.S., Koh E., Shigehara K., Sugimoto K., Maeda Y., Yoshida A., Kyono K., Namiki M. Features of constitutive gr/gr deletion in a Japanese population. Hum. Reprod. 2010;25(9):2396-2403. DOI 10.1093/humrep/deq191

47. Stepanov V.A., Khar’kov V.N., Puzyrev V.P. Evolution and phylogeography of human Y-chromosomal lineages. Informatsionnyy Vestnik VOGiS = The Herald of Vavilov Society for Geneticists and Breeders. 2006;10(1):57-74 (in Russian)

48. Waseem A.S., Singh V., Makker G.C., Trivedi S., Mishra G., Singh K., Rajender S. AZF deletions in Indian populations: original study and meta-analyses. J. Assist. Reprod. Genet. 2020;37(2):459-469. DOI 10.1007/s10815-019-01661-0

49. WHO Laboratory Manual for the Examination and Processing of Human Semen. 5th ed. Geneva: World Health Organization, 2010

50. WHO Laboratory Manual for the Examination and Processing of Human Semen. 6th ed. Geneva: World Health Organization, 2021

51. Yang Y., Ma M., Li L., Su D., Chen P., Ma Y., Liu Y., Tao D., Lin L., Zhang S. Differential effect of specific gr/gr deletion subtypes on spermatogenesis in the Chinese Han population. Int. J. Androl. 2010;33(5):745-754. DOI 10.1111/j.1365-2605.2009.01015.x

52. Ye J.J., Ma L., Yang L.J., Wang J.H., Wang Y.L., Guo H., Gong N., Nie W.H., Zhao S.H. Partial AZF c duplications not deletions are associated with male infertility in the Yi population of Yunnan Province, China. J. Zhejiang Univ. Sci. B. 2013;14(9):807-815. DOI 10.1631/jzus.B1200301

53. Zhang F., Lu C., Li Z., Xie P., Xia Y., Zhu X., Wu B., Cai X., Wang X., Qian J., Wang X., Jin L. Partial deletions are associated with an increased risk of complete deletion in AZFc: a new insight into the role of partial AZFc deletions in male infertility. J. Med. Genet. 2007;44(7):437-444. DOI 10.1136/jmg.2007.049056

54. Zobkova G.Yu., Baranova Е.Е., Donnikov А.Е., Mskhalaya G.J., Zaletova V.V., Koshkina Т.Е., Тrofimov D.Yu. Range of azoospermia factor (AZF) deletions in men with normal and disturbed spermatogenesis. Problemy Reproduktsii = Russian Journal of Human Reproduction. 2017;4:109-113. DOI 10.17116/repro2017234109-113 (in Russian).