桑庆/王磊团队发现人类卵子及胚胎发育异常致病新基因

发表时间:2020-07-29  |  阅读次数:10次  |  字体大小 [ ]

     2020715日,复旦大学生物医学研究院桑庆副研究员、王磊教授,联合国内多家辅助生殖中心在Protein & Cell杂志上发表题为“Biallelic mutations in CDC20 cause female infertility characterized by abnormalities in oocyte maturation and early embryonic development的研究成果。研究发现了导致人类卵子及胚胎发育异常的新突变基因CDC20,并通过一系列体内/体外研究,揭示了CDC20突变导致卵子及胚胎发育异常的致病机制。同时针对携带突变患者卵子进行了非基因编辑的分子干预,逆转了疾病表型,并产生了基因组水平相对正常的囊胚(不具有大片段重复或缺失),为未来相关患者的干预治疗奠定了基础。



    在本研究中,团队成员首先在两个卵子MI期阻滞的近亲家系中发现了CDC20基因的不同纯合突变,随后通过全外显子测序方法,又在三个表现为受精障碍及早期胚胎停育的不孕家系中发现了三个CDC20复杂合突变(图1),携带不同突变的患者表型存在多样性 (1)CDC20(细胞分裂周期蛋白20)作为纺锤体组装检验点的重要靶向分子,已有众多研究发现其在有丝分裂以及减数分裂中均发挥重要作用。尽管CDC20作为一个热点基因,其生物学功能已被广泛研究,然而截至目前为止,并未有任何明确CDC20突变导致人类孟德尔遗传疾病的报道。

1 卵子及胚胎发育异常的五个家系中发现CDC20基因不同纯合/复杂合突变

研究人员在细胞系及患者永生化细胞中,发现突变导致CDC20蛋白表达降低以及蛋白截短,同时下游cyclinB1的异常积累,患者永生化细胞系中突变同样导致蛋白表达降低(图2)。小鼠卵子内,无义及移码突变影响CDC20的正常着丝粒定位。小鼠卵子内源敲降Cdc20会造成MI期阻滞,与野生型相比,突变型cRNA对小鼠卵子MI期阻滞表型回补能力显著降低(图3)。以上均表明,突变会引起蛋白剂量降低、着丝粒定位丧失以及MI阻滞表型回补能力降低,导致突变后在减数分裂过程中无法正常发挥生理功能,最终导致卵子及胚胎发育异常。

  

2 在细胞系中发现突变导致CDC20蛋白截短、表达降低,下游cyclinB1异常积累;在患者永生化细胞中,发现突变导致蛋白表达降低。

  

3 在小鼠卵子中,无义及移码突变影响CDC20正常着丝粒定位。各纯合/复杂合突变导致对MI期阻滞回补能力显著降低。

此外,本研究还对其中两名突变患者的卵子体外注射一定剂量的野生型CDC20 cRNA,该干预使两名患者卵子均可成功受精,部分受精卵发育至囊胚,对其中一枚进行胚胎植入前诊断发现其不存在大片段重复或缺失,表明得到的为基因组水平正常的囊胚(图4),从而为相关患者的干预治疗奠定了基础。

据悉,桑庆副研究员及王磊教授为本论文的共同通讯作者,复旦大学生命科学学院博士赵琳,同济大学附属东方医院生殖中心薛松果、中南大学附属湘雅医院生殖医学中心姚仲元为共同第一作者,此外,上海交通大学附属第九人民医院匡延平团队、复旦大学附属妇产科医院集爱遗传与不育诊疗中心孙晓溪团队以及中科院巴斯德研究所梁小珍团队对该研究提供了大力支持。

近五年,复旦大学王磊、桑庆团队联合其他合作者共发现人类卵子成熟、受精及早期胚胎发育过程异常的5种新孟德尔遗传疾病及相关的11个致病基因,并明确了部分基因的致病机制。成果相继发表于N Engl J Med (2016)Sci Transl Med (2019)Am J Hum Genet (2016201720182020a, 2020b)Protein & Cell (2020)等。这些发现为相关患者的临床咨询及实现辅助生殖中的精准医学实践奠定了基础

  

原文链接:https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs13238-020-00756-0


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