Disorder of sex development 46,XY associated with mutations in the gene MAP3K1. The report of clinical cases

Cover Page

Abstract


The disorders of sex development (DSD) 46,XY may be caused by mutations in a number of genes involved in the gonadal differentiation. The XY sex inversion can be also due to disturbances at the level of mitogen-activated protein kinase (MAPK) kinase kinase 1 gene (MAP3K1) and MAPK-signaling pathway. During the last decade, the involvement of the MAPK pathway in the SRY gene up-regulation during the formation of male gonadal sex in mammals has been demonstrated. The role of MAPK-signaling pathway in the human sex determination is not fully understood. Probably, MAP3K1 and the MAPK-signaling pathway are one of the genetic pathways controlling normal development of human testis. So far, several families and sporadic cases of 46,XY DSD due to mutations in MAP3K1 gene have been reported in the literature. Clinical presentation of DSD in these patients varies from female phenotype with normal externalia to male phenotype with hypospadias. We describe rare cases of the DSD 46,XY (a family case of DSD in uterine sisters and a sporadic case) with mutations in the MAP3K1 gene that haven’t been previously described. The article also presents brief literature review on this pathology.


Нарушения формирования пола (НФП) — группа врожденных патологий, сопровождающихся атипичным развитием хромосомного, гонадного и анатомического пола [1]. Формирование мужского пола определяется в первую очередь экспрессией гена SRY на Y-хромосоме, способствующего развитию недифференцированных гонад в тестикулы [2]. Наряду с геном SRYидентифицирован ряд генов и сигнальных путей, участвующих в детерминировании пола и ассоциированных с широким фенотипическим спектром НФП [3]. В недавних исследованиях были выявлены мутации в гене митоген-активированной протеинкиназы (MAPK) киназы киназы 1 (MAP3K1, также известном как MEKK1), которые были связаны с нарушением формирования пола 46,XY [4, 5]. Роль сигнального пути MAPK в определении пола у людей не изучена. Вероятно, MAP3K1 и MAPK-сигнальный путь является одним из генетических путей, контролирующих нормальное развитие яичек. В настоящее время в литературе описано несколько семейных и спорадических случаев НФП 46,XY, обусловленных мутациями в данном гене [4, 5]. Известные случаи НФП 46,XY, ассоциированные с геном MAP3K1, отличаются различной клинической картиной, варьирующей от женского фенотипа с правильным строением наружных гениталий до мужского фенотипа с микропенисом и гипоспадией различной степени.

Клинический случай №1

Семейный вариант нарушения формирования пола у единоутробных сестер с кариотипом 46,XY

Пациентка О. при рождении была зарегистрирована в женском поле и воспитывалась как девочка. По данным медицинской документации, при первичном патронаже была выявлена гипертрофия клитора, однако обследование не проводилось, к эндокринологу не обращались. У пациентки отмечался спонтанный поздний пубертат с нарушенным порядком появления вторичных половых признаков (адренархе в 14 лет, телархе в 17 лет), первичная аменорея. Впервые была обследована по месту жительства в возрасте 16 лет. Был выявлен гипергонадотропный гипогонадизм (ЛГ 23,4 мМе/мл, ФСГ 99,1 мМЕ/мл), кариотип 46,XY.

Девочка была госпитализирована в детское отделение ФГБУ ЭНЦ в возрасте 17 лет. При объективном осмотре отмечался нормальный рост (164,3 см, SDS роста +0,35), половое созревание соответствовало стадии II по Таннеру (В2Р2). Наружные половые органы были сформированы неправильно [клитор гипертрофирован (2,5—3 см) с головкой, слабо развитые кавернозные тела, меатус у основания клитора, скротолабиальный шов расщеплен, вход во влагалище сужен]. Отмечались высокий уровень гонадотропинов [ЛГ 88 Ед/л (2,6—12), ФСГ 104 Ед/л (1,9—11,7)], эстрадиола [70 пмоль/л (97—592)], тестостерона [3,11 нмоль/л (0,1—2,7)]. Показатели дигидроэпиандростендиона-сульфата (ДГЭА-С) и 17-гидроксипрогестерона (17-ОНП) находились в пределах референсных значений [7,52 мкмоль/л (0,92—7,6) и 3,6 нмоль/л (0,1—7,0) соответственно]. При МРТ органов малого таза определялись матка в виде тяжа 2,3×0,9 см и гонады (справа 2×1 см, слева 0,7×1,4 см). Был установлен диагноз: нарушение формирования пола 46,ХУ и рекомендована диагностическая лапароскопия, при которой в малом тазу были обнаружены гипоплазированная двурогая матка, две маточные трубы, дисгенетичные гонады с обеих сторон. При морфологическом исследовании операционного материала в ФГБУ ЭНЦ была верифицирована двусторонняя гонадобластома. При повторном исследовании гистологических препаратов в ФНКЦ ДГОИ им. Д. Рогачева была подтверждена двусторонняя гонадобластома с трансформацией в дисгерминому с правой стороны. Девочка была консультирована онкологом. Учитывая данные КТ органов грудной клетки (очаговых и инфильтративных изменений не выявлено), гистологический тип опухоли и стадию заболевания, химиотерапия не назначалась. Рекомендована непрерывная заместительная терапия женскими половыми гормонами. В последующем проведена феминизирующая пластика наружных гениталий.

Пациентка Б., 13,5 года, единоутробная сестра пациентки О., была обследована в связи с отсутствием спонтанного пубертата и диагностированием НФП 46,XY у старшей сестры (см. рисунок).

 

Семейный анамнез пациенток с нарушением формирования пола 46,XY.

 

При рождении отмечалось правильное строение наружных гениталий. По данным обследования, проведенного в возрасте 13 лет, был также определен кариотип 46,XY, при УЗИ органов малого таза — аплазия матки и яичников. При клиническом осмотре рост девочки составил 155,9 см (SDS роста = –0,64), половой статус соответствовал стадии I по Таннеру. Наружные половые органы были сформированы по женскому типу. Лабораторно был подтвержден гипергонадотропный гипогонадизм [ЛГ 39,9 Ед/л (2,6—12), ФСГ 137 Ед/л (1,9—11,7), эстрадиола 43,3 пмоль/л (97—592)], отмечался нормальный уровень тестостерона [0,6 нмоль/л (0,1—2,7)]. При МРТ органов малого таза была выявлена матка в виде тяжа, гонады не визуализировались. При диагностической лапароскопии в малом тазу обнаружена гипоплазированная матка, две маточные трубы, гонады в виде стреков. Морфологическое исследование операционного материала верифицировало дисгенезию гонад по овотестикулярному типу.

Обеим пациенткам было проведено молекулярно-генетическое исследование методом высокопроизводительного параллельного секвенирования с использованием разработанной в ФГБУ ЭНЦ панели олигонуклеотидов, предназначенной для анализа 45 генов, ассоциированных с различными формами нарушения формирования пола. У обеих девочек была выявлена гетерозиготная мутация p.C691R в гене MAP3K1. Данная мутация не была прежде описана. У матери пациенток молекулярно-генетическое исследование на данный момент не проведено. Однако учитывая наличие идентичной гетерозиготной мутации MAP3K1 у единоутробных сестер, зачатых от разных отцов, можно сделать вывод, что данная миссенс мутация была унаследована от матери и, вероятно, послужила причиной НФП 46,XY.

Клинический случай №2

У пациента М. при рождении отмечалось неправильное строение наружных половых органов. При обследовании по месту жительства был определен кариотип 46,ХУ. В гормональном профиле в возрасте 8,5 мес отмечался незначительно повышенный уровень ФСГ (5,28 мМЕ/мл), низкие показатели тестостерона, ЛГ и 17-ОНП. При УЗИ яички лоцировались в мошонке (справа 0,75×0,52 см, слева 0,87×0,59 см). При КТ малого таза предстательная железа и семенные пузырьки не визуализировались.

Ребенок впервые был обследован в ФГБУ ЭНЦ в возрасте 11 мес. При осмотре обращало на себя внимание неправильное строение наружных гениталий [яички пальпировались в расщепленной мошонке, искривленный половой член длиной около 3 см, кавернозные тела плотные, головка полового члена сформирована, по дорсальной поверхности — рассекающая борозда полового члена; узкий урогенитальный синус, открывающийся на мошонке (мошоночная форма гипоспадии); половой член за счет искривления утоплен в мошонке]. Отмечались: незначительное повышение уровня ФСГ [3,8 Ед/л (0—2)], низкие показатели тестостерона [(0,17 нмоль/л (0,3—0,6)], ЛГ [0,2 Ед/л (0—1,5) и антимюллерова гормона [12,8 нг/мл (63—132)]. При мультистероидном анализе крови данных за нарушение стероидогенеза не получено. При пробе с хорионическим гонадотропином (4 инъекции по 1000 МЕ) отмечалось повышение уровня тестостерона до 5,7 нмоль/л, что свидетельствовало о нормальном функционировании клеток Лейдига. Ребенку был установлен диагноз: НФП 46,XY, в дальнейшем были проведены пластические операции по устранению искривления полового члена и гипоспадии. При молекулярно-генетическом исследовании (панель генов «нарушение формирования пола») выявлена гетерозиготная мутация с.2858 2872del CAАCААCААCААCАА р.944 948del в гене MAР3К1. Данная мутация также не была ранее описана. Планируется проведение молекулярно-генетического исследования гена MAР3К1 с целью поиска аналогичной делеции.

Обсуждение

MAPK активируются посредством эволюционно консервативного трехкомпонентного сигнального каскада, состоящего из митоген-активированной протеинкиназы киназы киназы-1 (MAP3K1), MAP2K и MAPK [3]. MAPK-сигнальные пути являются ключевыми путями регуляции клеточной пролиферации и дифференцировки [6, 7]. Нарушения в регуляции MAPK-каскада способствуют развитию ряда онкологических заболеваний [8]. Относительно недавно была выявлена ассоциация MAP3K1 с нарушением формирования пола 46,XY, однако роль MAPK-сигнального пути в развитии данной патологии у людей до сих пор не изучена. Экспрессия MAP3K1 наблюдается в эмбриональной гонаде мышей на 11-й день после зачатия, что соответствует стадии формирования гонад, а также на 13-й день после зачатия в канальцах яичек [4]. Роль MAPK-пути в определении пола у млекопитающих была определена посредством идентификации мутаций гена MAP3K4 у мышей, у которых инверсия пола предположительно связана с неспособностью активировать экспрессию гена SRY [9, 10]. Показано, что при отсутствии двух изоформ митоген-активированной протеинкиназы киназы киназы-1 (p38a и p38b) формируется инверсия пола XY, которая также обусловлена нарушениями на уровне экспресии SRY [11]. Таким образом, имеющиеся в литературе данные свидетельствуют об участии MAPK-пути в инициации соответствующей экспрессии SRY при формировании мужского гонадного пола у млекопитающих. У людей взаимосвязь между мутациями в гене MAP3K1 и нарушением формирования пола 46,XY была впервые прослежена при анализе сцепления генов на длинном плече 5 хромосомы у пациентов с НФП из двух семейств и в 11 спорадических случаях [4]. Было идентифицировано 6 мутаций в гене MAP3K1 и проведен их функциональный анализ. Клинические проявления в описанных случаях были различны, начиная от полностью женского фенотипа без вирилизации наружных гениталий до мужчин с микропенисом и/или с гипоспадией. Различный фенотип при одной и той же мутации отмечался и среди пациентов в пределах одной семьи. В другом исследовании у 4 пациентов с НФП 46,XY, преимущественно с мужским фенотипом и разной степенью нарушения развития наружных гениталий, были также выявлены мутации в гене MAP3K1 [5]. При сопоставлении генотипа и фенотипа при одной из идентифицированных миссенс-мутаций было установлено, что у всех пациентов с этой мутацией отмечался мужской фенотип с гипоспадией. Данная миссенс-мутация также ассоциирована с бронхиальной астмой [12]; аномалии развития наружных гениталий ранее не были описаны. Таким образом, ее значимость остается неизвестной.

Интересно, что у нокаутных по MAP3K1 мышей не наблюдается реверсии пола [13, 14]. Эти животные остаются жизнеспособными с сохранной репродуктивной функцией, но со сниженным количеством клеток Лейдига и увеличенной длиной эмбриональных гонад. Поэтому авторы предположили, что MAP3K1 не играет существенной роли при формировании тестикулов у мышей. Это может свидетельствовать о том, что сигнальные пути MAP-киназы у человека и мыши не идентичны [3]. На сегодняшний день роль MAP3K1 в определении пола у людей остается малоизученной. Фенотип полной дисгенезии гонад 46,XY аналогичен фенотипу при мутациях в гене SRY, т.е. мутации MAP3K1 могли бы влиять на ранние стадии формирования яичек.

У наших пациентов с НФП 46,XY при молекулярно-генетическом исследовании на панели, которая включала 45 генов, ассоциированных с различными формами нарушения формирования пола, мутации были найдены только в гене MAP3K1. В описанных нами случаях у пациентов с идентифицированными мутациями в гене MAР3К1 отмечалась различная клиническая картина НФП 46,XY, характеризующаяся разной степенью дифференцировки гонад и формирования наружных гениталий. В первой представленной нами семье предполагается наследование гетерозиготной мутации от матери, что характерно для семей с НФП 46,XY вследствие мутаций гена MAP3K1 [4]. Выявленные гетерозиготные мутации прежде в литературе не были описаны. С целью подтверждения их патологической значимости планируется проведение молекулярно-генетического исследования родителям пациентов.

Заключение

Причиной нарушения формирования пола 46,XY может служить патология целого ряда генов, вовлеченных в процесс дифференцировки гонад. Участие гена MAP3K1 и MAP-киназного сигнального пути в развитии НФП было установлено относительно недавно и в настоящее время недостаточно изучено. Клинические проявления у пациентов с 46,XY НФП, предположительно обусловленных мутациями в гене MAP3K1, отличаются выраженной гетерогенностью. Данных о значимой корреляции генотипических и фенотипических особенностей в литературе нет. Учитывая вероятность вовлечения MAP3K1 и MAPK-сигнального пути в процесс нормального развития яичек, необходимо дальнейшее изучение патологической значимости мутаций данного гена в развитии различной клинической картины НФП 46,XY.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источники финансирования. Молекулярно-генетическое исследование на панель генов «нарушение формирования пола» выполнено при содействии Фонда поддержки и развития филантропии «КАФ».  Авторы декларируют отсутствие иных явных и потенциальных конфликтов интересов, о которых необходимо сообщить.

Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Получены письменные информированные согласия пациентов на публикацию представленных медицинских данных в этом журнале.

Irina V. Kopylova

Endocrinology Research Centre

Author for correspondence.
Email: iv_kopylova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9695-0806
SPIN-code: 7498-0581

Russian Federation, 11, Dm. Ulyanova street, Moscow, 117036

MD, PhD

Elena S. Kuznetsova

Endocrinology Research Centre

Email: staykova.elena@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1218-0742
SPIN-code: 5895-8730

Russian Federation, 11, Dm. Ulyanova street, Moscow, 117036

MD

Igor S. Chugunov

Endocrinology Research Centre

Email: chugunovigor@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4915-1267
SPIN-code: 1514-5005

Russian Federation, 11, Dm. Ulyanova street, Moscow, 117036

MD, PhD

Elizaveta M. Orlova

Endocrinology Research Centre

Email: elizaveta.orlova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1872-1792

Russian Federation, 11, Dm. Ulyanova street, Moscow, 117036

MD, PhD

Oleg S. Danilenko

Endocrinology Research Centre

Email: oleg.danilenco@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5656-1382
SPIN-code: 7670-7149

Russian Federation, 11, Dm. Ulyanova street, Moscow, 117036

MD, PhD

Dmitry N. Brovin

Endocrinology Research Centre

Email: brovin-dn@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3734-6510
SPIN-code: 2518-9054

Russian Federation, 11, Dm. Ulyanova street, Moscow, 117036

MD, PhD

Maria A. Kareva

Endocrinology Research Centre

Email: i_marusya@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1320-6561
SPIN-code: 5089-0310

Russian Federation, 11, Dm. Ulyanova street, Moscow, 117036

MD, PhD

Valentina A. Peterkova

Endocrinology Research Centre

Email: peterkova@hotmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5507-4627
SPIN-code: 4009-2463

Russian Federation, 11, Dm. Ulyanova street, Moscow, 117036

MD, PhD, Professor

  1. Hughes IA, Houk C, Ahmed Sf, et al. Consensus statement on management of intersex disorders. Arch Dis Child. 2006;91(7):554-563. doi: 10.1136/Adc.2006.098319
  2. Jost A, Vigier B, Prepin J, Perchellet Jp. Studies on sex differentiation in mammals. Recent Prog Horm Res. 1973;29:1-41.
  3. Bashamboo A, Mcelreavey K. Human sex-determination and disorders of sex-development (DSD). Semin Cell Dev Biol. 2015;45:77-83. doi: 10.1016/J.Semcdb.2015.10.030
  4. Pearlman A, Loke J, Le Caignec C, et al. Mutations in Map3k1 cause 46,XY disorders of sex development and implicate a common signal transduction pathway in human testis determination. Am J Hum Genet. 2010;87(6):898-904. doi: 10.1016/J.Ajhg.2010.11.003
  5. Das DK, Rahate SG, Mehta BP, et al. Mutation analysis of mitogen activated protein kinase 1 gene in Indian cases of 46,XY disorder of sex development. Indian J Hum Genet. 2013;19(4):437-442. doi: 10.4103/0971-6866.124372
  6. Karandikar M, Xu S, Cobb Mh. MEKK1 binds raf-1 and the ERK2 cascade components. J Biol Chem. 2000;275(51):40120-40127. doi: 10.1074/Jbc.M005926200
  7. Pearson G, Robinson F, Beers Gibson T, et al. Mitogen-activated protein (MAP) kinase pathways: regulation and physiological functions. Endocr Rev. 2001;22(2):153-183. doi: 10.1210/Edrv.22.2.0428
  8. Roberts PJ, Der CJ. Targeting rhe Raf-MEK-ERK mitogen-activated protein kinase cascade for the treatment of cancer. Oncogene. 2007;26(22):3291-3310. doi: 10.1038/Sj.Onc.1210422
  9. Bogani D, Siggers P, Brixey R, et al. Loss of mitogen-activated protein kinase 4 (MAP3K4) reveals a requirement for MAPK signalling in mouse sex determination. Plos Biol. 2009;7(9):E1000196. doi: 10.1371/Journal.Pbio.1000196
  10. Gierl MS, Gruhn WH, Von Seggern A, et al. GADD45G functions in male sex determination by promoting p38 signaling and Sry expression. Dev Cell. 2012;23(5):1032-1042. doi: 10.1016/J.Devcel.2012.09.014
  11. Warr N, Carre GA, Siggers P, et al. GADD45gamma and Map3k4 interactions regulate mouse testis determination via p38 MAPK-mediated control of Sry Expression. Dev Cell. 2012;23(5):1020-1031. doi: 10.1016/J.Devcel.2012.09.016
  12. Szczepankiewicz A, Sobkowiak P, Rachel M, et al. Multilocus analysis of candidate genes involved in neurogenic inflammation in pediatric asthma and related phenotypes: a case-control study. J Asthma. 2012;49(4):329-335. doi: 10.3109/02770903.2012.669442
  13. Warr N, Bogani D, Siggers P, et al. Minor abnormalities of testis development in mice lacking the gene encoding the MAPK signalling component, MAP31K1. Plos One. 2011;6(5):E19572. doi: 10.1371/Journal.Pone.0019572
  14. Charlaftis N, Suddason T, Wu X, et al. The MEKK1 PHD ubiquitinates TAB1 to activate MAPKs in response to cytokines. Embo J. 2014;33(21):2581-2596. doi: 10.15252/Embj.201488351

Supplementary files

Supplementary Files Action
1. Family history of patients with impaired sex formation 46, XY. View (45KB) Indexing metadata

Views

Abstract - 685

PDF (Russian) - 109

Remote (Russian) - 223

PDF (English) - 24

Remote (English) - 23

Cited-By


PlumX

Dimensions


Copyright (c) 2018 Kopylova I.V., Kuznetsova E.S., Chugunov I.S., Orlova E.M., Danilenko O.S., Brovin D.N., Kareva M.A., Peterkova V.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies