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同济大学高绍荣教授最新文章:首次报道特殊双杂合突变致病机理

2017/07/07 来源:生物通
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导读
来自同济大学生命科学与技术学院,同济大学附属第一妇婴保健院生殖中心的研究人员首次报道了由ZP2、ZP3双杂合突变导致女性不育的病例,并通过动物及细胞模型阐明了其致病机制,而且这一患者经过干预,最终成功受孕并产下健康男婴。


本文转载自“生物通”

来自同济大学生命科学与技术学院,同济大学附属第一妇婴保健院生殖中心的研究人员发表了题为“Dosage effects of ZP2 and ZP3 heterozygous mutations cause human infertility ”的文章,首次报道了由ZP2、ZP3双杂合突变导致女性不育的病例,并通过动物及细胞模型阐明了其致病机制,而且这一患者经过干预,最终成功受孕并产下健康男婴。

这一研究成果公布在Human Genetics杂志上,文章的通讯作者分别为同济大学生命科学与技术学院高绍荣教授和陈嘉瑜助理教授,以及第一妇婴保健院生殖中心的滕晓明主任。

所有哺乳动物卵母细胞外均有由糖蛋白基质环绕形成的透明带(Zona Pellucide, ZP)结构,它是卵母细胞的重要保护层,对早期卵母细胞发育成熟、精卵结合(受精)以及植入前胚胎的发育起到十分重要作用。在发育过程中,透明带协调卵母细胞与外部环境的双向交流,并参与调控减数分裂;在受精期间,透明带是配子识别的关键“对接位点”,诱导精子发生顶体反应,并防止多精受精;在植入前阶段,透明带保证胚胎发育的完整性,防止卵裂球分散,阻止不成熟的胚胎着床;此外,透明带还能够保护胚胎免受细菌病毒毒素和吞噬细胞的侵袭。

人类的透明带是由ZP1-ZP4四种糖蛋白组成的,其中ZP2、3、4聚合成单层膜,并由ZP1连接在一起形成完整的透明带。透明带蛋白的结构具有几个共同的特征:N端信号序列、透明带结构域、弗林蛋白酶裂解位点、跨膜结构域和C端细胞质尾。

透明带的形成是一个动态过程,在排卵前2周,卵母细胞开始大量地特异性表达ZP1-4,在内质网上合成后,于高尔基体中进行修饰,随后新生成的透明带糖蛋白被纳入大量分泌囊泡,独自转移至卵母细胞质膜,并组装成交联的细丝状,融入先前组装形成的透明带最里层,使得透明带逐渐增厚。ZP蛋白在分泌之前都要经过一个水解加工的过程,其水解位点位于C末端跨膜区上游。试管婴儿开展的几十年来,此前在临床上,仅报导过一例由ZP1突变引起的不育病例,关于其他ZP蛋白是否也存在遗传突变及其突变后果,未见明确报导。

这篇文章报道,同济大学附属第一妇婴保健院辅助生殖中心在临床诊疗过程中,发现一女性患者多年未能自然受孕,患者卵子在体外受精后发生多精受精。进一步的研究发现,患者卵母细胞的透明带极薄或完全缺失。

研究人员经Sanger测序,证实患者同时存在ZP2和ZP3两个基因的杂合突变。其中,ZP2发生 NM_003460.2:c.2092C>T 点突变,ZP3发生 NM_001110354.1:c.1045_1046insT 移码突变。患者父亲ZP2、ZP3的突变情况与患者本人相同,而患者母亲只存在ZP3的杂合突变。由此研究人员推测该ZP2的点突变以及ZP3的移码突变,将导致ZP2蛋白和ZP3蛋白的提前终止,致使ZP蛋白缺失跨膜结构域,而不能分泌到细胞外。

随后研究人员构建了对应位点的点突变小鼠模型。在小鼠模型中,Zp2+/mut或Zp3+/mut雌鼠的卵母细胞透明带为正常卵母细胞透明带的一半,但是雌鼠是可育的,这与患者母亲的表型一致;Zp2mut/mut或Zp3mut/mut纯合突变雌鼠的卵母细胞透明带完全缺失,雌鼠不育,雄鼠可育;ZP2+/mut&ZP3+/mut双杂合突变雌鼠的卵母细胞中,一些完全缺失透明带,一些仅有极薄的透明带,在体内或体外受精后均会造成多精受精,引起雌鼠不育,这与患者的表型一致。此外,双杂合突变雄鼠是可育的,这与患者父亲表型一致。

为进一步研究该突变造成透明带缺失的机制,研究人员又分别构建了人源及鼠源野生型和突变型ZP的表达载体并融合了荧光报告信号。通过细胞水平和胚胎水平的双重体外实验来模拟ZP生成过程,结果均证明人和小鼠突变型ZP2、ZP3蛋白会异常聚集在内质网中,无法定位于细胞膜。而野生型人和小鼠ZP2、ZP3蛋白能够定位于细胞膜上,进而出膜形成透明带。

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