Fine-scale genetic variation of follicle-stimulating hormone beta-subunit coding gene (FSHB) and its association with reproductive health

Abstract

Folliikuleid stimuleeriv hormoon (FSH) on gonadotropiin, mis reguleerib mõlema sugupoole sugurakkude teket ja küpsemist ning suguhormoonide tootmist. FSH on valk, mis koosnevad kahest alaühikust. Hormooni spetsiifilise toime ja retseptoriga seondumise määrab β-alaühik. FSH β-subühikut kodeerib FSHB geen. Käesoleva doktoritöös uuriti FSHB geeni ülemaailmset varieeruvust (Euroopa, Aafrika ja Aasia populatsioonid). Uuritud populatsioonides on levinud kõrge sagedusega ühenukleotiidsed polümorfismid, mis paiknevad valdavalt geeni mittekodeerivas piirkonnas ning mille alleelide vahel on täielik alleelne assotsiatsioon. FSHB geen on esindatud kahe tuumhaplotüübiga, mis erinevad üksteisest igas polümorfses positsioonis. Euroopa populatsioonides on mõlemad haplotüübid levinud võrdse sagedusega, mitte-Euroopa populatsioonides esineb valdavalt FSHB geeni haplotüüp 1. Kuigi FSHB geeni tuumhaplotüüpide puhul on kodeeritav valk sarnase aminonappelise järjestusega, võivad tuumhaplotüüpide polümorfismid seonduda geenis ja sellega piirneval alal regulatoorse alaga, mis mõjutab geeni avaldumist. Pilootuuringu tulemusena ilmnes, et kiirelt rasestuvate viljakate naiste hulgas leidus enam FSHB geeni teise tuumhaplotüübi kandjaid. Lisaks uuriti seosed FSHB geeni avaldumist mõjutavat regulatoorse polümorfismi –211 G/T ja mehe reproduktiivsete parameetrite vahel. Geneetilise assotsiatsiooni analüüsi tulemusena ilmnes oluline seos polümorfismi alleelide ja meeste seerumi FSH taseme vahel. Nii Baltimaade noorte meeste kui ka Eesti viljatute meeste hulgas, oli GT- ja TT-genotüüpide kandjatel vastavalt 16—35% ja 30—50% madalam FSH väärtus võrreldes GG-genotüüpi kandjatega. Lisaks FSH-le polümorfism seondub ka teiste hormonaalsete ja munandi funktsiooni näitavate parameetritega. TT-genotüübi kandjatel on 20% väiksem munandite kogumaht võrreldes GG- ja GT-genotüüpide kandjatega. Polümorfismi seosed mitme meeste reproduktiivtervise parameetriga viitavad madala FSH taseme võimalikele pika- ja lühiajalistele efektitele reproduktiivpotentsiaalile.

Pituitary-expressed follicle-stimulating hormone (FSH) stimulates and regulates spermatogenesis in males and oogenesis in females, contributing to the regulation of processes in hypothalamic-pituitary-gonadal endocrine axis. FSH consists of α- and β-subunit. The latter subunit is encoded by the FSHB gene. The experimental part of the current thesis investigates the worldwide fine-scale genetic variation pattern of the FSHB gene and possible association of the gene variants with female reproductive success. Full re-sequencing of the FSHB gene in individuals representing Europe (Estonia), Africa (Mandenka), and Asia (Han Chinese) did not uncover any non-synonymous changes. The majority of the FSHB SNPs were represented by common polymorphisms having worldwide occurrence. FSHB is presented by a pair of ‘yin yang’ core haplotypes spread worldwidely. A pilot-study for the association between the FSHB haplotypes and female fertility revealed enrichment of the FSHB second core variant among ‘short time to pregnancy’ women. As the FSHB gene haplotypes are composed of silent or non-coding polymorphisms, neither core variant affects the composition of the protein directly. Thus, natural selection may be operating towards an upstream or downstream causative variant in tight association with the FSHB gene haplotypes. Additionally, this research includes in silico screening of the FSHB gene conserved flanking sequences resulted in the isolation of the putative gene expression-associated promoter polymorphism (–211 G/T). Genetic association study has shown strong evidence for the association between the –211 G/T and serum FSH level in the Baltic cohort of young men and in the Estonian patients diagnosed with infertility. Subjects with TT and GT genotypes exhibited 30—50% and 16—35% lower serum FSH levels, respectively, than those in GG homozygotes. Moreover, TT-homozygotes demonstrated 20% lower total testes volume compared to GG- and GT-genotype carriers. The carriers of the T-allele of the FSHB –211 G/T represent a natural model for documenting short-term and long-term downstream effects of insufficient FSH action due to genetically inherited constitutively reduced hormone levels.