Διερεύνηση του ρόλου των μη κωδικοποιητικών RNAs στην ανδρική υπογονιμότητα

Abstract

Infertility is a major health issue affecting 15% of couples worldwide, leading to various social, psychological, and economic problems. The male factor contributes to 50% of the cases. Male infertility affects approximately 7% of the male population and is a multifactorial disorder with a strong genetic basis. Of particular interest is the fact that noncoding RNAs (ncRNAs) have emerged as critical regulators of biological processes, including spermatogenesis. Moreover, due to their unique characteristics, they have the potential to be used as biomarkers. The aim of the present doctoral thesis is to investigate the role of ncRNAs in male infertility and its specific subtypes. Through the exploration of molecular and genetic mechanisms underlying male infertility, this study aims to provide insights into how ncRNAs—particularly long noncoding RNAs (lncRNAs) and microRNAs (miRNAs)—affect pathways and mechanisms related to male reproductive health and how they can be utilized as biomarkers or potential targets for functional experiments. To achieve this, a multi-level methodological approach was employed, including a genome-wide association study (GWAS), whole-genome sequencing (WGS), RNA sequencing, and small RNA sequencing. At the same time, bioinformatics tools and database information were used to enhance the reliability of the analyses. The results demonstrated an association between genetic variants in noncoding regions and the manifestation of male infertility. Moreover, unique polymorphisms found exclusively in infertile men were identified, mapped to noncoding RNA regions, and could potentially be used as biomarkers. These same polymorphisms also influence the structure, function, and interactions of ncRNAs, suggesting possible effects on gene expression regulation and the emergence of infertility. Additionally, specific ncRNAs were identified that could be used to distinguish between subtypes of male infertility and to predict the presence of sperm in the testes of azoospermic patients. The correlation between miRNA expression patterns and clinical pregnancy outcomes following assisted reproduction was also investigated. Gene ontology analysis revealed that ncRNAs influence apoptosis and germ cell differentiation, while key signal transduction pathways are also affected, ultimately contributing to the development of male infertility. Overall, this study highlights the role of ncRNAs as crucial regulators of male fertility, contributes to a deeper understanding of the mechanisms involved in male infertility, and lays the groundwork for future research into the full characterization of ncRNA regulatory networks and the development of innovative diagnostic and therapeutic approaches.

Η υπογονιμότητα αποτελεί ένα μείζον πρόβλημα υγείας που απασχολεί το 15% των ζευγαριών παγκοσμίως, οδηγώντας σε ποικίλα κοινωνικά, ψυχολογικά και οικονομικά προβλήματα. Ο ανδρικός παράγοντας συνεισφέρει στο 50% των περιπτώσεων. Η ανδρική υπογονιμότητα επηρεάζει περίπου το 7% του ανδρικού πληθυσμού και πρόκειται για μια πολυπαραγοντική διαταραχή με ισχυρό γενετικό υπόβαθρο. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι τα μη κωδικοποιητικά RNA (noncoding RNA, ncRNA) έχουν αναδειχθεί ως κρίσιμοι ρυθμιστές βιολογικών διεργασιών, μεταξύ των οποίων και η σπερματογένεση, και επιπλέον, λόγω των χαρακτηριστικών τους, έχουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν ως βιοδείκτες. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η διερεύνηση του ρόλου των ncRNA στην ανδρική υπογονιμότητα και συγκεκριμένους υποτύπους της. Μέσω της διερεύνησης των μοριακών και γενετικών μηχανισμών της ανδρικής υπογονιμότητας, αυτή η μελέτη στοχεύει να δώσει πληροφορίες για το πώς τα ncRNA, ιδιαίτερα τα μακρά μη κωδικοποιητικά RNA (lncRNA) και τα microRNA (miRNA), επηρεάζουν μονοπάτια και μηχανισμούς που σχετίζονται με την αναπαραγωγική υγεία των ανδρών και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως βιοδείκτες ή πιθανοί στόχοι λειτουργικών πειραμάτων. Για την υλοποίηση της μελέτης, χρησιμοποιήθηκε μια πολυεπίπεδη μεθοδολογία που περιλάμβανε την πραγματοποίηση μελέτης συσχέτισης ολόκληρου του γονιδιώματος (GWAS), αλληλούχηση ολόκληρου του γονιδιώματος (WGS), αλληλούχηση RNA (RNA sequencing) και αλληλούχηση μικρών RNA (small RNA sequencing). Ταυτόχρονα, αξιοποιήθηκαν βιοπληροφορικά εργαλεία και πληροφορίες από βάσεις δεδομένων για την αύξηση της αξιοπιστίας των αναλύσεων. Τα αποτελέσματα απέδειξαν τη συσχέτιση γενετικών παραλλαγών σε μη κωδικοποιητικές περιοχές με την εμφάνιση ανδρικής υπογονιμότητας. Επιπλέον, εντοπίστηκαν μοναδικοί πολυμορφισμοί, που συναντώνται μόνο σε υπογόνιμους άνδρες, οι οποίοι χαρτογραφούνται σε περιοχές μη κωδικοποιητικών RNA και θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως βιοδείκτες. Οι ίδιοι πολυμορφισμοί επηρεάζουν επίσης τη δομή, τη λειτουργία και τις αλληλεπιδράσεις των ncRNA, υποδεικνύοντας πιθανές επιπτώσεις στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης και την εμφάνιση υπογονιμότητας. Ακόμη, εντοπίστηκαν ncRNA που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη διάκριση των υποτύπων της ανδρικής υπογονιμότητας αλλά και για την πρόβλεψη της παρουσίας σπερματοζωαρίων στους όρχεις αζωοσπερμικών ασθενών. Διερευνήθηκε επίσης η συσχέτιση των προτύπων έκφρασης miRNA με την κλινική έκβαση της κύησης μετά την εφαρμογή υποβοηθούμενης αναπαραγωγής. Η ανάλυση γονιδιακής οντολογίας απέδειξε ότι τα ncRNA επηρεάζουν την απόπτωση και τη διαφοροποίηση των γαμετικών κυττάρων ενώ ταυτόχρονα επηρεάζονται κρίσιμα μονοπάτια μεταγωγής σήματος, οδηγώντας στην εμφάνιση ανδρικής υπογονιμότητας. Συνολικά, η παρούσα μελέτη αναδεικνύει τον ρόλο των ncRNA ως κρίσιμους ρυθμιστές της ανδρικής γονιμότητας, συμβάλλει στην κατανόηση των μηχανισμών που εμπλέκονται στην εμφάνιση της ανδρικής υπογονιμότητας και θέτει τα θεμέλια για μελλοντική έρευνα σχετικά με τον πλήρη χαρακτηρισμό των ρυθμιστικών δικτύων των ncRNA και την ανάπτυξη καινοτόμων διαγνωστικών και θεραπευτικών μεθόδων.