不育男性的全外显子组测序队列研究揭示与精子

作者：张馨予

2021-12-28 11:12 来源: 周叔说生活

原标题：不育男性的全外显子组测序队列研究揭示与精子头部缺陷相关的畸形精子症的新致病基因

近日四川大学华西第二医院生殖医学联合实验室沈英副研究员与四川大学华西第二医院生殖医学科杨镒魟副教授，在生殖医学权威期刊Human Reproduction 杂志上发表了一篇题为《Whole-exome sequencing of a cohort of infertile men reveals novel causative genes in teratozoospermia that are chiefly related to sperm head defects》（IF=6.9）的文章。通过149名不育男性的全外显子组测序（WES）研究，发现了与精子形态异常相关的罕见和新的有害基因变异，并重点关注了头部畸形候选基因突变对其蛋白质构象和（或）表达的影响，研究了人类和小鼠精子发生过程中基因的时空表达/定位，探索了它们与已知参与精子发育的蛋白质的相互作用。在畸形精子症特别是头部畸形相关的新致病基因挖掘方面，做出了重要工作。此外，作者发现了头部畸形精子比尾部畸形精子的ICSI受精率明显要低。

文章根据招募的男性不育患者的精子形态，分为了头部畸形（82例）与尾部畸形（67例）两大类，进行全外显子测序。生信分析及sanger验证后，头部畸形组筛选出精子发育或者顶体功能相关基因12个（表1），部分未见报道；尾部畸形组检测出12个与精子鞭毛形态异常（MMAF）相关基因，其中7个属于动力蛋白轴索重链（DNAH）家族成员，并在 DNAH2、DNAH10 和 DNAH12 中发现了新的突变位点， DNAH1 对应的比例最高。

不育男性的全外显子组测序队列研究揭示与精子

表一精子头部畸形候选基因列表

SEPTIN12 基因

SEPTIN属于一个高度保守的与多聚GTP结合的细胞骨架蛋白家族。 Septin12þ+/- 嵌合雄性小鼠精子表现出独特的形态学缺陷，呈现圆形的头部、缺陷的顶体以及卷曲的尾 [1] 。在人类病例报道中，携带 SEPTIN12 突变的男性不育患者精子表现为弯曲的尾巴、有缺陷的颈部和变形的头部，但尚不清楚这些患者是否表现出顶体发育不全 [1] 。在本研究中，作者报道了两名 SEPTIN12 中检出有害杂合变异的患者(图A)，精子形态检测显示头部形态异常，顶体完全或部分缺失（图B、图C、图D）。实验进一步对SEPTIN12蛋白进行定位，结果显示正常精子发育过程中该蛋白在精子头部及颈、尾表达，并与PNA（peanut agglutinin）共定位于顶体（图E）；而患者精子中SEPTIN12蛋白在精子顶体表达缺失（图F、图G）。因此，作者的数据表明 SEPTIN12 基因的功能丧失突变是顶体异常的新遗传原因。

图A患者家系图及sanger验证结果图B巴氏染色显示精子呈现梨状头，顶体破损图C精子扫描电镜图D透射电镜图。

图E SEPTIN12蛋白荧光定位结果图F 小鼠精子发育过程中SEPTIN12蛋白进行定位结果图G人生精上皮细胞中SEPTIN12蛋白定位结果

CCNB3 基因

CCNB3在人的睾丸内高表达，并在小鼠模型中报道了与精子细胞形态相关 [2] ，但尚无患者病例报道。本次实验报道在一名圆头精子症患者中检测到了一个 CCNB3 的半合子移码突变c.1862dupT (图A),突变导致患者精子中该蛋白表达下降（图B）。小鼠精子与人的生精上皮细胞进行免疫荧光实验，显示CCNB3与PNA共定位在顶体部位（图C），参与精子发生。Co-IP 实验发现与DNAH17 的相互作用(图D)，实验数据表明 CCNB3 突变与精子头部的发育异常相关。

图A患者家系图及sanger验证结果图B WB分析突变型CCNB3在患者精子中表达降低图C 人生精上皮细胞中CCNB3蛋白进行定位图D 人精液裂解液中Co-IP结果

KIAA1210 基因

KIAA1210在睾丸中特异性表达，定位于顶体，被认为参与精子的细胞连接 [3] ，但与精子头部畸形的关系并不确定。本次在两名精子头部畸形患者中检出 KIAA1210 一种罕见的c.3418G>T[p.E1140*]的半合子无义突变（图A）。患者的精子呈现顶体缺陷，呈圆头或梨行头（图B-D）。与正常对照组相比，患者的精子头部几乎检测不到KIAA1210和PNA信号，其中KIAA1210染色与精子头部的PNA明显共定位（图E）。此外，我们观察到KIAA1210在人和小鼠的圆形精子细胞形成过程中开始与PNA共定位，直到精子成熟（图F和G）。这些数据显示 KIAA1210 可能是精子发生过程中顶体形成和精子头部成形所必需的，该基因可以被认为是顶体发育不良的一个新的致病基因。