桑慶/王磊團隊發(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，復旦大學生物醫(yī)學研究院桑慶副研究員、王磊教授，聯(lián)合國內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/體外研究，揭示了CDC20突變導致卵子及胚胎發(fā)育異常的致病機制。同時針對攜帶突變患者卵子進行了非基因編輯的分子干預，逆轉了疾病表型，并產生了基因組水平相對正常的囊胚（不具有大片段重復或缺失），為未來相關患者的干預治療奠定了基礎。
在本研究中，團隊成員首先在兩個卵子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CDC20復雜合突變（圖1），攜帶不同突變的患者表型存在多樣性 (圖1)。CDC20（細胞分裂周期蛋白20）作為紡錘體組裝檢驗點的重要靶向分子，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作為一個熱點基因，其生物學功能已被廣泛研究，然而截至目前為止，并未有任何明確CDC20突變導致人類孟德爾遺傳疾病的報道。
圖1 卵子及胚胎發(fā)育異常的五個家系中發(fā)現(xiàn)CDC20基因不同純合/復雜合突變
研究人員在細胞系及患者永生化細胞中，發(fā)現(xiàn)突變導致CDC20蛋白表達降低以及蛋白截短，同時下游cyclinB1的異常積累，患者永生化細胞系中突變同樣導致蛋白表達降低（圖2）。小鼠卵子內，無義及移碼突變影響CDC20的正常著絲粒定位。小鼠卵子內源敲降Cdc20會造成MI期阻滯，與野生型相比，突變型cRNA對小鼠卵子MI期阻滯表型回補能力顯著降低（圖3）。以上均表明，突變會引起蛋白劑量降低、著絲粒定位喪失以及MI阻滯表型回補能力降低，導致突變后在減數(shù)分裂過程中無法正常發(fā)揮生理功能，最終導致卵子及胚胎發(fā)育異常。
圖2 在細胞系中發(fā)現(xiàn)突變導致CDC20蛋白截短、表達降低，下游cyclinB1異常積累；在患者永生化細胞中，發(fā)現(xiàn)突變導致蛋白表達降低。
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/復雜合突變導致對MI期阻滯回補能力顯著降低。
此外，本研究還對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，對其中一枚進行胚胎植入前診斷發(fā)現(xiàn)其不存在大片段重復或缺失，表明得到的為基因組水平正常的囊胚（圖4），從而為相關患者的干預治療奠定了基礎。
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，復旦大學生命科學學院博士趙琳，同濟大學附屬東方醫(yī)院生殖中心薛松果、中南大學附屬湘雅醫(yī)院生殖醫(yī)學中心姚仲元為共同第一作者，此外，上海交通大學附屬第九人民醫(yī)院匡延平團隊、復旦大學附屬婦產科醫(yī)院集愛遺傳與不育診療中心孫曉溪團隊以及中科院巴斯德研究所梁小珍團隊對該研究提供了大力支持。
近五年，復旦大學王磊、桑慶團隊聯(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的11個致病基因，并明確了部分基因的致病機制。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)為相關患者的臨床咨詢及實現(xiàn)輔助生殖中的精準醫(yī)學實踐奠定了基礎。
原文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs13238-020-00756-0
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