桑慶/王磊團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)人類卵子及胚胎發(fā)育異常致病新基因
2020年7月15日，復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院桑慶副研究員、王磊教授，聯(lián)合國內(nèi)多家輔助生殖中心在Protein & Cell雜志上發(fā)表題為“Biallelic mutations in CDC20 cause female infertility characterized by abnormalities in oocyte maturation and early embryonic development”的研究成果。研究發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致人類卵子及胚胎發(fā)育異常的新突變基因CDC20，并通過一系列體內(nèi)/體外研究，揭示了CDC20突變導(dǎo)致卵子及胚胎發(fā)育異常的致病機(jī)制。同時(shí)針對(duì)攜帶突變患者卵子進(jìn)行了非基因編輯的分子干預(yù)，逆轉(zhuǎn)了疾病表型，并產(chǎn)生了基因組水平相對(duì)正常的囊胚（不具有大片段重復(fù)或缺失），為未來相關(guān)患者的干預(yù)治療奠定了基礎(chǔ)。
在本研究中，團(tuán)隊(duì)成員首先在兩個(gè)卵子MI期阻滯的近親家系中發(fā)現(xiàn)了CDC20基因的不同純合突變，隨后通過全外顯子測序方法，又在三個(gè)表現(xiàn)為受精障礙及早期胚胎停育的不孕家系中發(fā)現(xiàn)了三個(gè)CDC20復(fù)雜合突變（圖1），攜帶不同突變的患者表型存在多樣性 (圖1)。CDC20（細(xì)胞分裂周期蛋白20）作為紡錘體組裝檢驗(yàn)點(diǎn)的重要靶向分子，已有眾多研究發(fā)現(xiàn)其在有絲分裂以及減數(shù)分裂中均發(fā)揮重要作用。盡管CDC20作為一個(gè)熱點(diǎn)基因，其生物學(xué)功能已被廣泛研究，然而截至目前為止，并未有任何明確CDC20突變導(dǎo)致人類孟德爾遺傳疾病的報(bào)道。
圖1 卵子及胚胎發(fā)育異常的五個(gè)家系中發(fā)現(xiàn)CDC20基因不同純合/復(fù)雜合突變
研究人員在細(xì)胞系及患者永生化細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)突變導(dǎo)致CDC20蛋白表達(dá)降低以及蛋白截短，同時(shí)下游cyclinB1的異常積累，患者永生化細(xì)胞系中突變同樣導(dǎo)致蛋白表達(dá)降低（圖2）。小鼠卵子內(nèi)，無義及移碼突變影響CDC20的正常著絲粒定位。小鼠卵子內(nèi)源敲降Cdc20會(huì)造成MI期阻滯，與野生型相比，突變型cRNA對(duì)小鼠卵子MI期阻滯表型回補(bǔ)能力顯著降低（圖3）。以上均表明，突變會(huì)引起蛋白劑量降低、著絲粒定位喪失以及MI阻滯表型回補(bǔ)能力降低，導(dǎo)致突變后在減數(shù)分裂過程中無法正常發(fā)揮生理功能，最終導(dǎo)致卵子及胚胎發(fā)育異常。
圖2 在細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)突變導(dǎo)致CDC20蛋白截短、表達(dá)降低，下游cyclinB1異常積累；在患者永生化細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)突變導(dǎo)致蛋白表達(dá)降低。
圖3 在小鼠卵子中，無義及移碼突變影響CDC20正常著絲粒定位。各純合/復(fù)雜合突變導(dǎo)致對(duì)MI期阻滯回補(bǔ)能力顯著降低。
此外，本研究還對(duì)其中兩名突變患者的卵子體外注射一定劑量的野生型CDC20 cRNA，該干預(yù)使兩名患者卵子均可成功受精，部分受精卵發(fā)育至囊胚，對(duì)其中一枚進(jìn)行胚胎植入前診斷發(fā)現(xiàn)其不存在大片段重復(fù)或缺失，表明得到的為基因組水平正常的囊胚（圖4），從而為相關(guān)患者的干預(yù)治療奠定了基礎(chǔ)。
據(jù)悉，桑慶副研究員及王磊教授為本論文的共同通訊作者，復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士趙琳，同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院生殖中心薛松果、中南大學(xué)附屬湘雅醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)中心姚仲元為共同第一作者，此外，上海交通大學(xué)附屬第九人民醫(yī)院匡延平團(tuán)隊(duì)、復(fù)旦大學(xué)附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院集愛遺傳與不育診療中心孫曉溪團(tuán)隊(duì)以及中科院巴斯德研究所梁小珍團(tuán)隊(duì)對(duì)該研究提供了大力支持。
近五年，復(fù)旦大學(xué)王磊、桑慶團(tuán)隊(duì)聯(lián)合其他合作者共發(fā)現(xiàn)人類卵子成熟、受精及早期胚胎發(fā)育過程異常的5種新孟德爾遺傳疾病及相關(guān)的11個(gè)致病基因，并明確了部分基因的致病機(jī)制。成果相繼發(fā)表于N Engl J Med (2016)，Sci Transl Med (2019)，Am J Hum Genet (2016，2017，2018，2020a, 2020b)，Protein & Cell (2020)等。這些發(fā)現(xiàn)為相關(guān)患者的臨床咨詢及實(shí)現(xiàn)輔助生殖中的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)實(shí)踐奠定了基礎(chǔ)。
原文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs13238-020-00756-0
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com