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Protein & Cell | 那潔/曹云霞/章志國/李琳合作團(tuán)隊鑒定出造成雌性不育的新基因CHEK1，并提供新的潛在治療方案

不孕不育問題影響著全球數(shù)百萬的育齡夫婦。國家衛(wèi)生健康委員會2018年6月發(fā)布的《2017年我國衛(wèi)生健康事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》顯示，中國育齡夫婦的不孕不育率為12%-15%左右，不孕者約5000萬。受環(huán)境污染、生育年齡推遲、生活壓力等因素影響，不孕人數(shù)還在不斷增加，影響家庭健康幸福，并給國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來隱患。造成不孕癥的因素錯綜復(fù)雜，包括生殖細(xì)胞發(fā)育、運(yùn)輸及受精卵著床或發(fā)育異常等。部分不孕癥可以通過體外受精（IVF）和單精子注射（ICSI）等輔助生殖手段解決，而另一部分原因造成的不孕癥，如遺傳因素造成的不孕癥，還無法解決，研究其機(jī)制及潛在的治療手段為提高家庭健康和人口質(zhì)量至關(guān)重要。

2021年5月4日，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院那潔課題組與安徽醫(yī)科大學(xué)曹云霞和章志國教授課題組及首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院助理研究員李琳博士，于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域期刊《蛋白質(zhì)和細(xì)胞》（Protein & Cell）在線發(fā)表題為“Maternal heterozygous mutation in CHEK1 leads to mitotic arrest in human zygotes”的論文。研究團(tuán)隊報道了因CHEK1基因錯義突變導(dǎo)致的女性不育家系，在動物模型中的研究發(fā)現(xiàn)，CHEK1 R442Q位點(diǎn)的突變造成了CHEK1激酶活性增強(qiáng)，進(jìn)而阻滯了受精卵的第一次有絲分裂。利用低劑量CHEK1 抑制劑對阻滯的受精卵短時間處理，顯著回復(fù)了突變造成的阻滯作用，使受精卵順利發(fā)育并產(chǎn)生健康子代。該研究解釋了因CHEK1 突變造成的雌性不育的機(jī)制并尋找到了潛在的治療方法，為遺傳因素造成的不孕癥診斷和治療提供了新思路。? ? ? ? ? ??

基于臨床案例，研究人員首先發(fā)現(xiàn)了一個表現(xiàn)為受精卵分裂失敗的雌性不育家系，并通過全外顯子測序分析發(fā)現(xiàn)了潛在的致病突變CHEK1 R442Q。該家系中不孕癥患者存在CHEK1的雜合突變，而其他體細(xì)胞及身體功能均正常未受影響。作為DNA損傷檢查點(diǎn)激酶，當(dāng)細(xì)胞中發(fā)生DNA損傷時，CHEK1激酶活化，阻止細(xì)胞周期向下進(jìn)行并啟動修復(fù)程序，直到DNA錯誤修復(fù)或細(xì)胞凋亡。基于以上生信分析，研究人員克隆了對應(yīng)的小鼠Chk1突變mRNA，并通過顯微注射的手段將其引入小鼠受精卵，突變的Chk1蛋白同樣造成了半數(shù)以上小鼠受精卵第一次有絲分裂的阻滯。體外純化的蛋白激酶活性實(shí)驗(yàn)確定了此突變體CHEK1激酶活性比野生型CHEK1稍高。 升高的CHEK1激酶活性使得第一個有絲分裂檢查點(diǎn)閾值過高，在不存在嚴(yán)重DNA損傷的情況下細(xì)胞周期依然無法向下進(jìn)行。

為了尋找此突變造成的受精卵分裂障礙的解決方案，研究者進(jìn)一步利用了CHEK1的化學(xué)小分子抑制劑處理了表達(dá)突變Chk1蛋白的小鼠的受精卵。與未經(jīng)CHEK1 抑制劑處理的對照組相比，處理后的受精卵正常分裂并進(jìn)一步發(fā)育的比例大大提升，并可以在移植后出生健康的子代。 γ-H2AX的熒光染色表明，低劑量的CHEK1抑制劑處理沒有造成更多的DNA損傷，且對處理后的胚胎轉(zhuǎn)錄組測序表明，CHEK1抑制劑的處理并未造成顯著的轉(zhuǎn)錄組改變。

該研究揭示了人類早期胚胎第一次有絲分裂對DNA損傷檢查點(diǎn)調(diào)控極其敏感，并提示人類和小鼠的卵子到受精卵轉(zhuǎn)化過程有種屬特異性。該研究發(fā)現(xiàn)了早期胚胎第一次有絲分裂對細(xì)胞周期調(diào)控極其靈敏，并提供了因CHEK1蛋白活性失調(diào)造成的不孕癥的潛在解決方案。與此同時，山東大學(xué)醫(yī)學(xué)院陳子江院士團(tuán)隊趙涵課題組在Cell Research報道幾乎相同發(fā)現(xiàn), Dominant mutations in CHK1 cause pronuclear fusion failure and zygote arrest that can be rescued by CHK1 inhibitor。 兩組獨(dú)立的研究互為佐證，相輔相成。

那潔副教授、安徽醫(yī)科大學(xué)曹云霞教授、章志國教授及首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院助理研究員李琳博士為該論文的通訊作者。安徽醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院陳蓓麗博士、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士后郭健穎、博士生王婷為本論文共同第一作者。清華大學(xué)化學(xué)系本科生李倩惠為本研究做出了重要貢獻(xiàn)，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院李海濤教授指導(dǎo)了CHEK1蛋白純化和激酶活性檢測實(shí)驗(yàn)。本研究由國家重點(diǎn)研發(fā)計劃2017YFA0102802, 2019YFA0110001、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目31970819, 91740115, 31771108，32000610，82001516，82071724，清華-北大聯(lián)合生命科學(xué)中心、北京市醫(yī)管中心“青苗計劃”QML20201401、清華大學(xué)本科生SRT計劃2111S0057和2111T0626等組織機(jī)構(gòu)提供經(jīng)費(fèi)支持。

參考文獻(xiàn)：

Beili Chen#, Jianying Guo#, Ting Wang#, Qianhui Lee, Jia Ming, Fangfang Ding, Haitao Li, Zhiguo Zhang*, Lin Li*, Yunxia Cao* and Jie Na*.

Maternal heterozygous mutation in CHEK1 leads to mitotic arrest in human zygotes. Protein Cell. 2021 May 4. doi: 10.1007/s13238-021-00844-9.

Honghui Zhang, Tailai Chen, Keliang Wu, Zhenzhen Hou, Shigang Zhao, Chuanxin Zhang, Yuan Gao, Ming Gao, Zi-Jiang Chen*, Han Zhao*. Dominant mutations in CHK1 cause pronuclear fusion failure and zygote arrest that can be rescued by CHK1 inhibitor. Cell Research (2021) 0:1–4; doi:10.1038/s41422-021-00507-8

原文鏈接:?

https://link.springer.com/article/10.1007/s13238-021-00844-9