Y-Mikrodele­tionsanalyse

Die Y-Mikrodeletionsanalyse ist eine moderne genetische Screeningmethode, mit der regionale Verluste auf dem Y-Chromosom nachgewiesen werden können, die zu männlicher Infertilität führen. Durch die Identifikation molekularer Defekte, welche die Spermatogenese beeinträchtigen, lenkt diese Analyse den diagnostischen Prozess und trägt zur Planung einer geeigneten Therapie bei.

Die Beurteilung der AZF-Region ermöglicht es im Rahmen der Y-Mikrodeletionsanalyse, spezifische Genverluste, die die Spermienproduktion stören, zu klassifizieren und damit mögliche klinische Folgen vorherzusagen. Dieser Ansatz legt die genetische Grundlage, die den Therapierfolg beeinflusst, detailliert offen.

In der genetischen Abklärung der Infertilität besitzt die Y-Mikrodeletionsanalyse prognostische Bedeutung in Bezug auf den TESE-Erfolg und die Durchführbarkeit assistierter Reproduktionstechniken. Der Test liefert kritische Daten, die die Individualisierung von Behandlungspfaden in der Reproduktionsmedizin unterstützen.

Laborbasierte molekulare Methoden gewährleisten bei der Y-Mikrodeletionsanalyse durch PCR-basierte Bestätigungsverfahren eine hohe Sensitivität. Diese Methoden bilden einen verlässlichen diagnostischen Rahmen zur Beurteilung des Trägerstatus und des Risikos der Weitervererbung an nachfolgende Generationen.

Was ist eine Y-Mikrodeletionsanalyse?

Die Y-Mikrodeletionsanalyse ist ein molekulargenetischer Test, der dazu dient, genetische Deletionen (Mikrodeletionen) auf dem Y-Chromosom nachzuweisen, die bei Männern zu Infertilität führen können. Dieser Test wird insbesondere bei Männern mit gestörter Spermienproduktion eingesetzt. Deletionen in den AZF-Regionen (AZFa, AZFb, AZFc) können die Spermienproduktion direkt beeinträchtigen. Die Ergebnisse sind für die Festlegung der Therapieoptionen und für die genetische Beratung von großer Bedeutung.

Wie beeinflussen Y-Chromosom und Y-Mikrodeletion die Spermienproduktion?

Beim Menschen wird das Geschlecht durch die X- und Y-Chromosomen bestimmt. Männer besitzen ein X- und ein Y-Chromosom (XY). Das Y-Chromosom trägt neben dem SRY-Gen, das die männliche Geschlechtsentwicklung steuert, auch Gene, die für typisch männliche Merkmale und die Spermienproduktion verantwortlich sind.

Ein Großteil des Y-Chromosoms (etwa 95 %) wird als „mannspezifische Region“ (MSY) bezeichnet. Dieser Abschnitt wird ohne Rekombination direkt vom Vater auf den Sohn übertragen. In diesem Bereich befindet sich das „Kontrollzentrum“ der Spermienproduktion (Spermatogenese). Dieses Kontrollzentrum wird als Azoospermiefaktor (AZF) bezeichnet.

Die Spermienproduktion hängt davon ab, dass die Gene in dieser AZF-Region des Y-Chromosoms fehlerfrei funktionieren. Verluste von genetischem Material in diesem Bereich, also Y-Mikrodeletionen, wirken wie ein Defekt, der die Arbeit der „Spermienfabrik“ stoppt oder stark verlangsamt.

Warum entstehen diese genetischen Verluste, die man Y-Mikrodeletion nennt?

Die AZF-Region des Y-Chromosoms besitzt leider eine strukturell „fragile“ bzw. „instabile“ genetische Architektur. Der Grund dafür ist, dass dieser Bereich reich an sich wiederholenden und stark ähnlichen DNA-Sequenzen (Amplicons) und spiegelbildlich angeordneten genetischen Blöcken, sogenannten „Palindromen“, ist.

Während der Spermienproduktion, wenn sich die Zellen teilen, können diese stark ähnlichen Sequenzen gelegentlich Fehler verursachen. Man kann dies mit einem Reißverschluss vergleichen, dessen Zähne beim Schließen falsch ineinandergreifen. Diese Fehlpaarung kann dazu führen, dass sich der DNA-Strang zu einer Schleife formt und reißt, was einen dauerhaften Verlust eines Millionen Basenpaare umfassenden DNA-Segments zur Folge hat.

Es handelt sich dabei nicht um einen völlig zufälligen Fehler, sondern um ein Risiko, das aus den strukturellen Eigenheiten des Y-Chromosoms selbst resultiert. In der Folge gehen Gene verloren, die für die Spermienproduktion entscheidend sind – dieses Krankheitsbild bezeichnet man als Mikrodeletion des Y-Chromosoms.

Was ist die AZF-Region und wie wird sie durch Y-Mikrodeletion beeinflusst?

Die AZF-Region ist der Hauptbereich auf dem langen Arm des Y-Chromosoms (Yq11), in dem die Gene konzentriert sind, die die Spermienproduktion steuern. Dieser Bereich wird in drei Hauptunterregionen unterteilt, von denen jede eine unterschiedliche Rolle in der Spermatogenese spielt:

Die wichtigsten Funktionen der AZF-Unterregionen bei der Spermienproduktion sind:

• AZFa (Initiation und Stammzellphase)
• AZFb (Wachstum und Reifung)
• AZFc (Endreifung und Abschluss)

Genverluste in diesen Regionen führen dazu, dass die Produktion in der jeweiligen Phase stoppt oder gar nicht erst beginnen kann.

• AZFa-Region

Diese Region enthält Gene, die die früheste „Stammzellphase“ (Spermatogonienstadium) der Spermienproduktion steuern. Die wichtigsten Gene hier sind als USP9Y und DDX3Y bekannt. Ist die gesamte AZFa-Region deletiert, können sich die Spermienstammzellen überhaupt nicht entwickeln. Bei der Untersuchung des Hodengewebes (Histologie) zeigt sich ein Bild, in dem keine primären spermienproduzierenden Zellen vorhanden sind und ausschließlich Stützzellen (Sertoli-Zellen) zu sehen sind. Dieses Krankheitsbild nennt man „Sertoli-Cell-Only-Syndrom“ (SCOS). Männer in dieser Situation sind ausnahmslos azoospermisch (kein Spermium im Ejakulat).

• AZFb-Region

Diese Region enthält Gene, die für das Wachstum und den Abschluss der Reifungsphase, die sogenannte Meiose, erforderlich sind. Ist die gesamte AZFb-Region deletiert, sind Spermienstammzellen vorhanden und die Produktion beginnt, doch die Meiose kann nicht abgeschlossen werden. Die Produktion bricht in der Reifungsphase der Spermienzelle (meist im Spermatocytenstadium) ab. Dieses Krankheitsbild wird als „Maturation Arrest“ (Reifungsstopp) bezeichnet. Auch diese Männer sind durchweg azoospermisch.

• AZFc-Region

Diese Region ist genetisch am dynamischsten und der Bereich, in dem Deletionen am häufigsten auftreten. Sie enthält kritische Gene für die letzte Phase der Spermienproduktion – die „Spermiogenese“, in der die Spermienzellen einen Schwanz ausbilden und zu vollständig reifen Spermien werden. Die wichtigste Genfamilie in diesem Abschnitt ist die DAZ-Genfamilie, die in vier Kopien vorliegt.

Im Gegensatz zu den anderen Regionen ist das klinische Ergebnis bei Verlust der AZFc-Region variabel. Das Hodengewebe kann ein SCOS-Bild oder einen Maturation Arrest zeigen, gelegentlich aber auch eine „Hypospermatogenese“ (alle Stadien vorhanden, aber stark verminderte Produktion). Daher sind einige Männer mit AZFc-Deletionen azoospermisch, während ein erheblicher Teil unter schwerer Oligozoospermie leidet (im Ejakulat finden sich sehr wenige, aber vorhandene Spermien). Selbst bei azoospermischen Männern können im Hoden noch kleine „Produktionsherde“ vorhanden sein.

Wie viele klinische Typen von Y-Mikrodeletion gibt es?

Y-Mikrodeletionen werden klinisch in drei Hauptgruppen eingeteilt, abhängig von Lokalisation und Ausmaß des Verlusts.

• Komplette Deletionen

Dabei geht eine gesamte AZF-Region verloren.

Komplette AZFa-Deletion (selten)

Komplette AZFb-Deletion (selten)

Komplette AZFc-Deletion (häufigster Typ, macht 70–80 % aller Y-Mikrodeletionen aus)

• Kombinierte Deletionen

Mitunter ist der genetische Defekt größer und umfasst mehr als eine Region.

AZFbc-Deletion (zweithäufigster Typ)

AZFabc-Deletion (Verlust aller Regionen, sehr selten)

• Partielle Deletionen

Hierbei sind nicht die gesamten AZF-Regionen, sondern nur Teile davon deletiert.

gr/gr-Deletion

Die „gr/gr-Deletion“, die häufigste partielle Deletion, betrifft einen Teil der AZFc-Region. Sie führt nicht zwangsläufig zu absoluter Infertilität, gilt jedoch als wichtiger genetischer Risikofaktor für eine gestörte Spermienproduktion. Männer mit dieser Deletion können eine normale Spermienzahl haben, aber auch azoospermisch sein.

Wie häufig tritt Y-Mikrodeletion bei Männern mit Fertilitätsstörungen auf?

Die Häufigkeit dieser genetischen Störung steht in direktem Zusammenhang mit dem Schweregrad der Infertilität. Bei Männern mit normaler Spermienzahl, die auf natürlichem Weg Kinder zeugen können, ist eine Y-Mikrodeletion nahezu nicht vorhanden (etwa 1 von 4000).

Bei Männern, die sich aufgrund eines Kinderwunsches in Behandlung begeben, steigt dieser Anteil rasch an. Bei Männern mit schwerer Oligozoospermie (Spermienzahl unter 5 Millionen pro Milliliter) liegt die Häufigkeit von Y-Mikrodeletionen zwischen 3 % und 7 %.

Die höchsten Raten finden sich bei Männern mit nicht-obstruktiver Azoospermie, bei denen im Ejakulat keinerlei Spermien nachgewiesen werden. In dieser Gruppe wird die Häufigkeit von Y-Mikrodeletionen in Studien mit 8 % bis 20 % angegeben. Diese Zahlen zeigen eindeutig, dass Y-Mikrodeletionen nach dem Klinefelter-Syndrom die zweithäufigste genetische Ursache männlicher Infertilität darstellen.

Bei wem sollte ein Test auf Y-Mikrodelektion durchgeführt werden?

Der Test auf Y-Mikrodeletion ist kein Routineverfahren, das bei jedem Mann mit Infertilität durchgeführt wird. Um kosten- und nutzen­effektiv zu sein und klinische Relevanz zu haben, sollte er auf definierte Patientengruppen mit hohem Risiko beschränkt bleiben.

Die führenden urologischen und andrologischen Fachgesellschaften (AUA – American Urological Association und EAU/EAA – Europäische urologische/andrologische Gesellschaften) geben hierzu klare Empfehlungen:

• Situationen, in denen ein Test auf Y-Mikrodeletion nachdrücklich empfohlen wird:
• Azoospermie (kein Spermium im Ejakulat)
• Schwere Oligozoospermie (Spermienzahl unter 5 Millionen pro Milliliter)

Während die europäischen Leitlinien in der Regel einen Schwellenwert von <5 Millionen zugrunde legen, empfehlen die amerikanischen Leitlinien basierend auf neueren Daten den Test insbesondere bei Männern mit Azoospermie oder einer Spermienzahl unter 1 Million.

Es gibt auch Situationen, in denen der Test in der Regel NICHT ERFORDERLICH ist:

• Azoospermie infolge einer Verlegung der Samenwege (obstruktive Azoospermie)
• Infertilität aufgrund hormoneller Störungen (hypogonadotroper Hypogonadismus)
• Leicht bis mäßig erniedrigte Spermienzahl (Spermienzahl über 5 Millionen/ml)
• Vorliegen einer anderen bekannten Ursache der Infertilität (z. B. genetische Erkrankungen, vorausgegangene Operationen)

Wie wird die Diagnose einer Y-Mikrodeletion gestellt?

Diese Verluste auf dem Y-Chromosom sind „mikroskopisch klein“ – obwohl sie Millionen von Basenpaaren umfassen können, sind sie für die Standard-Chromosomenanalyse (Karyotyp) zu klein, um sichtbar zu sein.

Die Diagnose erfolgt mittels eines molekulargenetischen Tests an DNA, die aus einer Blutprobe gewonnen wird. Der „Goldstandard“ ist die Multiplex-PCR (Polymerase-Kettenreaktion).

Das Prinzip dieser Methode ist relativ einfach. Es werden spezielle DNA-Marker, sogenannte „Sequence Tagged Sites“ (STS), verwendet, deren Positionen in den AZFa-, AZFb- und AZFc-Regionen des Y-Chromosoms genau bekannt sind. Die aus dem Blut des Patienten gewonnene DNA wird mit diesen STS-Markern mittels PCR vervielfältigt.

Man kann dies mit einem „Telefonanruf“ bestimmter Adressen (STS-Marker) auf dem Y-Chromosom vergleichen. Existiert die gesuchte Adresse (Genregion), „läutet das Telefon“ (die PCR liefert ein Signal). Ist die Adresse deletiert, d. h. liegt eine Y-Mikrodeletion vor, „kommt keine Verbindung zustande“ (es wird kein Signal erhalten).

Organisationen wie die European Academy of Andrology (EAA) empfehlen zur Sicherstellung der Testzuverlässigkeit eine zweistufige Bestätigung (Basisscreening und erweitere Analyse). Dies dient sowohl dem Nachweis der Deletion als auch der genauen Eingrenzung ihrer Ausdehnung.

Wie beeinflusst das Ergebnis der Y-Mikrodeletionsanalyse unsere Chance, Spermien zu finden?

Der wichtigste klinische Wert dieses Tests geht über die Diagnosestellung hinaus: Er liefert eine starke Prognose für die Zukunft des Patienten. Das Testergebnis gibt nahezu sichere Auskunft über die Wahrscheinlichkeit, mit einem operativen Eingriff (Mikro-TESE) Spermien im Hoden zu finden. So können Paare vor unnötigen Operationen bewahrt werden und die Behandlung mit realistischen Erwartungen beginnen.

Je nach Deletionstyp ergeben sich folgende Chancen, mittels Mikro-TESE Spermien zu finden:

Komplette AZFa-Deletion

Dies ist die schwerste Konstellation.

• Spermienstammzellen entwickeln sich überhaupt nicht (Sertoli-Cell-Only-Syndrom).
• Im Hoden sind keine primären spermienbildenden Zellen vorhanden.
• Die Chance, bei einer Mikro-TESE Spermien zu finden, beträgt 0 %.
• Diesen Paaren sollte keine unnötige, kostspielige und belastende Operation empfohlen werden.
• Komplette AZFb- oder kombinierte AZFbc-Deletion

Auch hierbei handelt es sich um ein sehr schweres Krankheitsbild.

• Die Spermienproduktion beginnt, bricht aber in der Reifungsphase ab (Maturation Arrest).
• Im Hoden finden sich keine reifen Spermien.
• Die Chance, mit Mikro-TESE Spermien zu finden, ist praktisch Null (0 %).

In dieser Situation wird ebenfalls von einem operativen Eingriff abgeraten.

Komplette AZFc-Deletion

Dies ist der häufigste und hinsichtlich der Prognose variabelste Typ.

• Ein Teil dieser Männer hat eine geringe Spermienzahl im Ejakulat (schwere Oligozoospermie).
• Bei denjenigen, bei denen im Ejakulat keine Spermien nachgewiesen werden (Azoospermie), können im Hoden noch kleine Produktionsherde vorhanden sein.
• Um diese Herde zu finden, ist eine Mikro-TESE-Operation erforderlich.
• Die Chance, bei einer Mikro-TESE Spermien zu finden, liegt zwischen 50 % und 70 %.

Daher wird azoospermischen Patienten mit nachgewiesener AZFc-Deletion eine Mikro-TESE dringend empfohlen.

Kurz gesagt: Der Y-Mikrodeletionstest sagt bei AZFa- und AZFb-Deletionen gewissermaßen „Stopp, keine Operation“, während er bei AZFc-Deletionen signalisiert „Weiter, die Chance, mit einer Operation Spermien zu finden, ist hoch“.

Wie werden IVF und ICSI bei vorhandener Y-Mikrodeletion durchgeführt?

Liegt diese genetische Störung vor, ist – unabhängig von der gefundenen Spermienzahl (sei es eine sehr geringe Zahl im Ejakulat oder Spermien, die mittels Mikro-TESE aus dem Hoden gewonnen wurden) – weder eine natürliche Schwangerschaft noch eine Insemination möglich.

Die einzige Lösung ist die In-vitro-Fertilisation (IVF) und speziell die intrazytoplasmatische Spermieninjektion (ICSI). Bei ICSI wird eine einzelne gesunde Samenzelle unter dem Mikroskop im Labor direkt in die Eizelle injiziert. Dieses Verfahren ermöglicht die Befruchtung unabhängig davon, wie niedrig die Spermienzahl oder -qualität ist.

Obwohl einige Studien darauf hinweisen, dass die Befruchtungsraten nach ICSI bei Spermien von Männern mit AZFc-Deletion aufgrund der genetischen Last etwas niedriger sein können als bei anderen Ursachen der Infertilität, ist ICSI dennoch die einzige wirksame Methode, mit der diese Paare eigene biologische Kinder bekommen können.

Welche vorbeugenden Maßnahmen sollten bei Männern mit Y-Mikrodeletion ergriffen werden?

Dies ist einer der kritischsten Punkte im klinischen Management. Bei Männern mit AZFc-Deletion, bei denen im Ejakulat noch eine geringe Anzahl von Spermien nachweisbar ist (schwere Oligozoospermie), kann sich die Spermienproduktion im Laufe der Zeit weiter verschlechtern.

Mit anderen Worten: Ein Patient, der heute 1 Million Spermien pro Milliliter aufweist, kann in einigen Jahren komplett azoospermisch werden. Möchte er später Kinder haben, lässt sich Spermienmaterial für eine ICSI dann möglicherweise nur noch durch eine Mikro-TESE-Operation gewinnen.

Um dieses Risiko zu minimieren, sollte allen Männern mit AZFc-Deletion und noch nachweisbaren Spermien im Ejakulat ohne Verzögerung eine Spermakonservierung (Kryokonservierung) empfohlen werden. Eine Samenbankung sichert das Fertilitätspotenzial dieser Patienten als „präventive“ Maßnahme und kann sie vor einer zukünftigen Operation bewahren.

Welche Optionen gibt es, wenn bei Mikro-TESE im Rahmen einer Y-Mikrodeletion keine Spermien gefunden werden?

Bei einem Paar mit diagnostizierter Y-Mikrodeletion führt der Therapieprozess nicht immer zum gewünschten Erfolg. In folgenden Situationen kommen alternative Wege in Betracht:

Der Patient hat eine komplette AZFa- oder AZFb/bc-Deletion (operative Erfolgschance = 0).

Der Patient hat eine komplette AZFc-Deletion, wurde einer Mikro-TESE unterzogen, es konnten jedoch keine Spermien gefunden werden.

Das Paar entscheidet nach genetischer Beratung, dass es diese genetische Störung nicht an die nächste Generation weitergeben möchte.

In solchen Szenarien stellen Samenspende (Behandlung mit Spendersamen aus einer Samenbank) oder Adoption alternative, wirksame Wege zur Elternschaft dar. Diese Optionen sollten im Rahmen der genetischen Beratung ausführlich mit dem Paar besprochen werden.

Wenn Y-Mikrodeletion genetisch ist – wird sie auch an unser Kind weitergegeben?

Dies ist die wichtigste Frage, die jedes Paar mit der Diagnose Y-Mikrodeletion stellt, und sie bildet den Kern der genetischen Beratung. Die Antwort ist sehr eindeutig, da das Y-Chromosom ausschließlich vom Vater an männliche Nachkommen weitergegeben wird.

Wie ist die Situation bei Töchtern?

Töchter (XX) erhalten vom Vater kein Y-Chromosom, sondern sein X-Chromosom.

Töchter sind von dieser Störung zu 0 % betroffen.

Sie sind genetisch keine Trägerinnen und geben den Defekt nicht an ihre Kinder weiter.

Wie ist die Situation bei Söhnen?

Söhne (XY) müssen das Y-Chromosom vom Vater erben.

Die Y-Mikrodeletion des Vaters wird mit 100 %iger Sicherheit auf den Sohn übertragen.

Diese Söhne werden mit hoher Wahrscheinlichkeit denselben genetischen Verlust wie ihr Vater aufweisen.

Mit großer Sicherheit werden sie im Erwachsenenalter mit denselben Fertilitätsproblemen konfrontiert sein.

Häufig fragen Patienten: „Wenn ich das nicht von meinem Vater geerbt habe (weil er auf natürlichem Weg Kinder bekommen hat) – wie ist es dann bei mir entstanden?“ Der überwiegende Großteil der Y-Mikrodeletionen ist „de novo“, das heißt, es handelt sich um neue genetische Fehler, die erstmals bei diesem Individuum in der Familie auftreten. Durch ICSI wird dieser „neue“ Fehler jedoch bewusst an die nächste Generation weitergegeben.

Warum ist genetische Beratung für Paare mit Y-Mikrodeletion verpflichtend?

Die IVF-Technologie macht eine Situation möglich, die die Natur normalerweise nicht zulassen würde (dass ein schwer infertiler Mann Vater wird) und erlaubt damit die Weitergabe dieser genetischen Störung an die nächste Generation. Dies ist zwar ein großer medizinischer Erfolg, bringt aber zugleich eine erhebliche ethische Verantwortung mit sich.

Paare müssen alle Aspekte dieser Situation vollständig verstehen, bevor irgendeine Therapie begonnen wird. Genetische Beratung dient nicht dazu, dem Paar eine Entscheidung aufzuzwingen, sondern soll umfassende und korrekte Informationen bereitstellen, damit es eine Entscheidung treffen kann, die mit seinen eigenen Werten im Einklang steht.

Im Rahmen der Beratung werden dem Paar folgende Punkte klar vermittelt:

• Was die Diagnose bedeutet
• Dass die Ursache der Infertilität in diesem genetischen Verlust liegt
• Die Chancen, Spermien zu finden (Prognose)
• Therapieoptionen (ICSI, TESE)
• Alternative Möglichkeiten (Spende, Adoption)
• Dass das Risiko der Weitergabe an einen Sohn 100 % beträgt (Vererbung)
• Dass der Sohn mit hoher Wahrscheinlichkeit später ebenfalls infertil sein wird

Studien zeigen, dass die große Mehrheit der Paare mit AZFc-Deletion (nahezu 80 %) sich trotz des Wissens, dass sie diese Störung an ihre Söhne weitergeben, dafür entscheidet, eigene biologische Kinder zu bekommen. Dies ist eine persönliche Entscheidung des Paares, und die Aufgabe des medizinischen Teams besteht darin, sicherzustellen, dass diese Entscheidung auf der bestmöglichen und vollständigsten Informationsbasis getroffen wird.

Häufig gestellte Fragen