Abstract Anti-Müllerian hormone (AMH) was identified originally in connection with its role in male sexual differentiation. In females, AMH is secreted by ovarian granulosa cells of growing follicles and its serum levels correlate well with the remaining number of follicles, thus reflecting ovarian reserve. The aim of this study was to explore the expression and secretion of AMH in human ovarian development and in various disorders resulting in decreased reproductive function. In fetal ovaries, AMH expression was found to be initiated at midgestation and it increased gradually towards term. In serum samples from infant girls, transient postnatal activation of the pituitary-ovarian axis was found and it occurred later in premature infants, reflected in lower serum AMH levels and lower numbers of growing follicles. This immaturity resulted in insufficient feedback from ovary to pituitary and may explain the higher levels of follicle-stimulating hormone (FSH) in these girls. Ovarian follicle reserve is typically diminished in women with primary ovarian insufficiency (POI). Assay of serum AMH may be used to identify women with POI and existing follicles, as women with FSH receptor mutation who were known to have follicles had serum AMH levels in low normal range and girls/women with Turner syndrome mosaicism had higher serum AMH levels compared with those with other karyotypes. The diagnostics and follow-up of ovarian granulosa cell tumors (GCTs) are challenging as a result of the rarity of the disease and late possible recurrences. Assay of serum AMH combined with assay of the currently used marker inhibin B was shown to improve follow-up of GCTs in individual patients, compared with serum inhibin B measurement alone. The analyses revealed that AMH and inhibin B assays perform similarly in detecting macroscopic tumors. Continuous use of combined hormonal contraceptives inhibited ovarian activity independently of the administration route, as serum AMH levels decreased significantly and similarly during oral, transdermal or vaginal administration. The decrease of serum AMH levels indicates that AMH is secreted partially from FSH-dependent follicles. The study provides novel information on AMH secretion in ovarian development, and the use of AMH assay in assessing ovarian reserve and detecting ovarian disorders such as ovarian insufficiency and GCTs. / Tiivistelmä Naisen munasarjassa munarakkuloiden granuloosasolut erittävät anti-Müllerian hormonia (AMH), ja sen pitoisuudet seerumissa heijastavat jäljellä olevien munarakkuloiden määrää. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin AMH:n eritystä ja ilmentymistä munasarjan kehityksen aikana ja erilaisissa munasarjan toiminnan häiriötiloissa. Tuloksina havaittiin, että AMH:a ilmentyy sikiökaudella munasarjassa jo keskiraskaudesta eteenpäin. Syntymän jälkeen otetuissa seeruminäytteissä todettiin ohimenevä aivolisäkkeen ja munasarjan aktivaatio, joka ilmeni myöhemmin ennenaikaisesti syntyneillä tytöillä. Heillä havaittiin vähemmän kasvavia munarakkuloita ja matalammat seerumin AMH-pitoisuudet syntymän jälkeen kuin täysiaikaisilla tytöillä. Tämä kypsymättömyys johtui todennäköisesti munasarjan riittämättömästä palautejärjestelmästä aivolisäkkeeseen, mikä voi selittää korkeammat follikkelia stimuloivan hormonin (FSH) pitoisuudet ennenaikaisesti syntyneillä tytöillä. Ennenaikainen munasarjojen toiminnan hiipuminen voi johtua esim. kromosomi- tai geenivirheestä. Naisilla, joilla on virheellinen FSH-reseptori, tiedetään olevan munarakkuloita jäljellä, ja tulokset osoittivat seerumin AMH-pitoisuuksien olevan lähes normaali näillä naisilla. Myös tytöillä ja naisilla, joilla on todettu Turnerin oireyhtymän mosaikismi, AMH-pitoisuudet olivat merkittävästi korkeammat verrattuna muihin karyotyyppeihin. Täten AMH-määrityksen avulla voidaan mahdollisesti löytää ennenaikaisesta munasarjojen toiminnan hiipumisesta kärsivien joukosta ne naiset, joilla on vielä jäljellä munarakkuloita. Munasarjan granuloosasolukasvaimen diagnostiikka ja seuranta ovat haastavia kasvaimen myöhäisen uusiutumistaipumuksen ja harvinaisuuden vuoksi. Tulokset osoittivat, että seerumin AMH-määrityksen yhdistäminen tällä hetkellä käytössä olevaan inhibiini B -määritykseen voisi parantaa yksittäisten potilaiden seurantaa makroskooppisen kasvaimen toteamisen osalta. Tutkimus osoitti hormonaalisten yhdistelmäehkäisyvalmisteiden jatkuvan käytön vähentävän munasarjan aktiivisuutta merkittävästi annostelureitistä riippumatta, koska seerumin AMH-pitoisuudet laskivat samalla tavalla ehkäisypilleriä, -rengasta ja -laastaria käyttävillä naisilla. Tutkimus toi uutta tietoa AMH:n erityksestä munasarjan kehityksen aikana sekä AMH-määrityksen käytön mahdollisuuksista munarakkuloiden määrän arvioinnissa ja eri häiriötilojen tunnistamisessa.

Abstract Despite the development of assisted reproduction technologies and significant advances in reproductive biology and medicine over the years the cause of infertility remains unexplained in 10–20% of cases. The cause of infertility in these cases may be connected to problems in fertilization or implantation and genetic factors may play a part in this. The zona pellucida (ZP) is an extracellular matrix surrounding the oocyte and early-stage embryos. It is important for folliculogenesis, fertilization and implantation. In humans, it is composed of four known ZP glycoproteins that all show varying degrees of structural and functional roles in reproduction. The aim of the present study was to examine the role of zona pellucida genes in cases of total fertilization failure and zona anomalies, and to study their expression in human fetal and adult ovaries. A total of 34 sequence variations were detected in genes expressing the four human ZP proteins (ZP1–ZP4) among women with fertilization failure and those with varying degrees of zona anomalies in their oocytes. Most of the variations were known single nucleotide polymorphisms, while three were novel findings. Women with fertilization failure had a higher mean number of sequence variations in ZP1 and ZP3 when compared with controls. Some of the most frequent zona anomalies may be at least partly explained by sequence variations in ZP1–ZP4 genes. In fetal life, the expression of ZP3 protein and mRNA could already be detected as early as at the 11th week of gestation and it peaked at the 20th week, the time of primordial follicle formation. This suggests that components needed for zona matrix are already present well before the formation of the zona pellucida and may have a role in the development of primordial follicles. Expression of the transcription factor FIGLA (factor in the germline alpha) was increased at around the 20th week of gestation, supporting previous findings of its critical role in the initiation of folliculogenesis and primordial follicle formation. The present study adds to our knowledge on the currently still incomplete picture of formation of the ZP and fertilization in humans. Understanding the genetic background of infertile patients may help us to develop new tools not only to evaluate but also to improve their fertilization potential, and to choose the optimal treatment to achieve pregnancy. / Tiivistelmä Diagnostiikan kehityksestä huolimatta hedelmättömyyden syy jää edelleen epäselväksi 10–20 %:ssa tapauksista. Niissä hedelmättömyyden taustalla voivat olla munasolun hedelmöittymiseen ja kohtuun kiinnittymiseen liittyvät ongelmat, jotka voivat osittain johtua geneettisistä syistä. Alkiokuori on munasolua ja varhaista alkiota ympäröivä rakenne, joka osallistuu munarakkulan kehittymiseen, munasolun hedelmöittymiseen ja alkion tarttumiseen kohdun limakalvolle. Ihmisellä alkiokuori muodostuu neljästä tunnetusta alkiokuoriproteiinista (ZP1–ZP4). Tutkimuksessa selvitettiin alkiokuoriproteiineja koodittavien geenien vaikutusta hedelmällisyyteen potilailla, joilla koeputkihedelmöitys ei ollut tuottanut yhtään hedelmöittynyttä munasolua (engl. total fertilization failure, TFF) tai joiden munasoluissa havaittiin alkiokuoren rakennemuutoksia (engl. zona anomalies, ZA). Lisäksi selvitettiin alkiokuoriproteiinien ja niiden lähetti-RNA:n esiintymistä sikiöiden ja aikuisten munasarjoissa. TFF- ja ZA-potilaiden alkiokuoriproteiineja koodittavista geeneistä löytyi yhteensä 34 nukleotidimuutosta. Muutoksista kolme oli uusia löydöksiä, mutta suurin osa oli ennalta tunnettuja yhden nukleotidin polymorfioita eli geneettisiä monimuotoisuuskohtia. TFF-potilailla havaittiin ZP1- ja ZP3-geeneissä keskimäärin enemmän polymorfioita kuin verrokeilla. Myös osa yleisimmistä alkiokuoren rakennemuutoksista voidaan mahdollisesti selittää ZP1–ZP4-geeneistä löytyneillä polymorfioilla. Sikiöllä ZP3:n ilmentyminen oli havaittavissa jo 11. raskausviikolla, mutta voimakkainta se oli primordiaalivaiheen munarakkuloiden muodostumisen aikaan 20. raskausviikolla. Tämä voi viitata siihen, että ZP3 saattaa osallistua primordiaalivaiheen munarakkulan kehittymiseen ennen varsinaisen alkiokuoren muodostumista. ZP-geenien säätelytekijän FIGLA:n esiintyminen lisääntyi 20. raskausviikolla, mikä tukee aikaisempia havaintoja FIGLA:n merkityksestä munarakkulan kehittymisen aktivaatiossa ja primordiaalivaiheen munarakkuloiden muodostumisessa. Tämä tutkimus tuo lisätietoa alkiokuoren merkityksestä munasolun hedelmöittymisessä ja syventää tietämystämme alkiokuoren muodostumisesta ihmisellä. Hedelmättömyyden taustalla olevien geneettisten tekijöiden tunteminen voi parantaa lapsettomuuspotilaiden hedelmällisyyden arviointia ja auttaa löytämään heille parhaiten sopivan hoidon.