Transposable elementler ve erkek infertilitesi
Transposable elements and male infertility
Yazar: UMUT BÜYÜK
Danışman: PROF. DR. ERCAN ARICAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı / Moleküler Biyoloji ve Genetik  Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Genetik = Genetics
Dizin: Azospermi = Azoospermia ; Kısırlık = Infertility ; Yeni nesil dizileme = High throughput sequencing

Özet:
İnfertilite (kısırlık), kadın ve erkekleri eşit derecede etkileyen küresel bir sağlık sorunudur. Kırk yıldır süren IVF (In Vitro Fertilizasyon) uygulamalarına rağmen "vakaların %25 ila 30'una tanı konamamakta ve bu grup idiyopatik infertilite olarak tanımlanmaktadır. İdiyopatik vakaların yaklaşık % 50'sinin genetik bir kusur ile açıklanabileceğine inanılmaktadır.
Obstrüktif olmayan azoospermi (NOA) erkek infertilitesinin en ciddi ve en sık görülen nedenidir. Sperm taşıyıcı kanallar açık olmasına rağmen ejakülatta sperm yokluğu olarak tanımlanır. Ailesel çalışmalara dayanarak, NOA'lı erkeklerin çoğunun bilinmeyen otozomal mutasyon taşıdığına inanılmaktadır. Ancak, şu ana kadar sadece çok sınırlı sayıda gen tanımlanmıştır.
Transposable elementler (TE'ler), genom içinde hareket edebilen kısa DNA parçalarıdır. Germ hücre genomunun bütünlüğünü tehlikeye atabilecek olan bu hareketliliğin olası zararlı sonuçları nedeniyle, evrim sırasında sıkı bir kontrol yolu oluşturulmuştur. Transpozonları kontrol eden moleküler yollar, türler arasında çok iyi korunmuştur. Fare modelinde, bu TE kontrol yollarının herhangi bir üyesinin mutasyonu, mayotik olgunlaşma durmasıyla birlikte bir NOA fenotipiyle sonuçlanır. 
Projemizin amacı, TE kontrol yolağı üyelerindeki mutasyonların farelerde olduğu gibi insanda da benzer bir kısırlık fenotipine yol açacağı hipotezine dayanmaktadır. Hipotezimizi kontrol etmek için, insan TE yolağındaki mutasyonları tanımlamak amacı ile 47 insan homolog -genini panel halinde diziledik. Bu hedeflemiş DNA dizilemesini, varyant (ları) tanımlamak için biyoinformatik analiz gerçekleştirdik. Toplamda, iyi tanımlanmış patoloji raporu olan 50 NOA hastasını ve 50 fertil kontrol grubu analiz edildi. 
Yapılan "Hedeflenmiş Yeni Nesil Dizileme" analizinden, patolojisi ile direkt bağlantı kurulabilecek 3 gen (TDRD12, MOV10L1 ve PIWIL2) üzerinden 5 örnekte homozigot varyant, TDRD9 geni üzerinde etki analizinde ılımlı olarak tanımlanmış 2 farklı hastada 2 varyant ve 3 hastada heterozigot 3 varyant (SETDB1, TDRD12 ve PIWIL4) olmak üzere 11 varyant saptadık.
Saptamış olduğumuz 5 homozigot varyant (TDRD12: c.963+1G>T, MOV10L1 c.2179+3A>G, MOV10L1 c.3115G>A, PIWIL2 c.839A>C, PIWIL2 c.1262G>A) neticesi ile TDRD12, MOV10L1 ve PIWIL2 genlerinin NOA ile ilişkisini desteklemekteyiz. Çalışmamız az sayıda hasta içermesine rağmen, TE ile ilgili genlerin seçimi, insanda NOA ile ilişkili aday genleri doğrulamak için destekleyici kanıtlar sağlayarak, nadir görülen potansiyel patojenik varyantları tespit etmemize izin verdi.

Abstract:
Infertility is a global healthcare problem that affects men and women equally. Despite four decades of IVF practice, 25 to 30% of cases remain idiopathic among infertile couples. It is believed that about 50% of idiopathic cases could be explained by a genetic default.
Non-obstructive azoospermia (NOA) is the most severe and frequent cause of male infertility. It is defined as an absence of sperm in the ejaculate, without obstruction in the delivery system. The optimal management of NOA is testicular sperm extraction, however, sperm are absent in the testis of almost half of men with NOA. Based on familial studies, most NOA men are believed to carry the unknown mutation. However, only a very limited number of genes have been identified so far. 
Transposable elements (TEs) are short DNA segments that can move within the genome. Because of the possible deleterious consequences of this mobility, which can compromise the integrity of the germ cell genome, a tight control pathway has been set up during evolution. The molecular pathways that control transposons are very well conserved among species.  In the mouse model, the mutation of any member of this TE-controlling pathway results in a NOA phenotype with a meiotic maturation arrest. 
The goal of our project is based on the hypothesis that mutations in members of the TE controlling pathway will provoke a similar infertility phenotype in humans as it does in mice. In order to test our hypothesis, we set up a screen of a specific panel of 47 human homolog genes to identify mutations in the human TE pathway. This targeted DNA sequencing was followed by a bioinformatics analysis to identify variant(s). In total, we analyzed 50 NOA patients with well-defined pathology reports and 50 fertile controls. 
As a result of the "Targeted Next Generation Sequencing (NGS)" analysis, we identified 11 variants in total: These include homozygous variants in 5 samples on 3 genes (TDRD12, MOV10L1 and PIWIL2) that can be directly related to the pathology; 2 variants in 2 different patients which were identified as moderate in the effect analysis on the TDRD9 gene and 3 heterozygous variants (SETDB1, TDRD12 ve PIWIL4) in 3 patients.
The 5 homozygous variants (TDRD12: c.963+1G>T, MOV10L1 c.2179+3A>G, MOV10L1 c.3115G>A, PIWIL2 c.839A>C, PIWIL2 c.1262G>A)  we have identified at the TDRD12, MOV10L1 and PIWIL2 genes support the associations with NOA. Although our study included a small number of patients, the selection of TE-related genes allowed us to detect rare and potentially pathogenic variants, providing supporting evidence to confirm candidate genes associated with NOA in human.