卵母細(xì)胞減數(shù)分裂成熟、受精卵的第一次有絲分裂以及隨后的早期胚胎發(fā)育過程是影響女性生育成功的關(guān)鍵階段。許多母源蛋白在上述幾個發(fā)育階段發(fā)揮重要作用。近年來研究發(fā)現(xiàn)BTG4和CHEK1等基因突變可導(dǎo)致受精卵分裂障礙，進(jìn)而引起女性不孕。然而，上述基因突變只能解釋部分患者，仍然有許多病例的致病因素不明。

2023年8月，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院那潔課題組與安徽醫(yī)科大學(xué)曹云霞和陳蓓麗課題組，于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域期刊Life Medicine在線發(fā)表題為“Mutations in TUBA4A lead to human zygotic arrest and early developmental failure”的論文。研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了因TUBA4A基因錯義突變導(dǎo)致的女性不孕案例，利用小鼠卵母細(xì)胞成熟和早期胚胎發(fā)育模型發(fā)現(xiàn)，TUBA4A E284K和E284G突變導(dǎo)致卵母細(xì)胞減數(shù)分裂紡錘體組裝的錯誤，進(jìn)而阻滯了卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂成熟，且該位點(diǎn)的突變造成受精卵發(fā)育潛能的降低。通過補(bǔ)充一定劑量的野生型TUBA4A，可顯著恢復(fù)突變造成的阻滯作用，提高卵母細(xì)胞的成熟比例和受精卵發(fā)育至囊胚的比例。該研究揭示了因TUBA4A突變導(dǎo)致女性不孕的分子機(jī)制并尋找到了潛在的治療方法，為遺傳因素造成的不孕癥診斷和治療提供了新思路。

該研究招募了12例主要表現(xiàn)為受精卵分裂障礙及女性不孕的患者，并通過全外顯子測序分析發(fā)現(xiàn)其中三例患者攜帶TUBA4A雜合變異E284K或E284G。患者其他體細(xì)胞及身體功能均正常未受影響，且患者父母均不攜帶該變異。TUBA4A 作為alpha-tubulin的一種亞型，是組成microtubule的基本單元，對于卵母細(xì)胞減數(shù)分裂和受精卵有絲分裂過程中紡錘體的正確組裝至關(guān)重要。研究人員通過顯微注射手段將人TUBA4A野生型mRNA或攜帶突變的mRNA引入小鼠卵母細(xì)胞或受精卵中，結(jié)果顯示TUBA4A突變蛋白導(dǎo)致半數(shù)以上小鼠卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的阻滯以及受精卵發(fā)育潛能的降低。盡管這些突變被預(yù)測沒有影響蛋白質(zhì)整體結(jié)構(gòu)，但微管組裝和動力學(xué)可能受到影響。阻滯的卵母細(xì)胞呈現(xiàn)紡錘體形態(tài)異常以及染色體錯誤排列。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究人員認(rèn)為由于突變的TUBA4A蛋白定位于紡錘體，破壞了卵母細(xì)胞和著床前胚胎的分裂，因此提高野生型TUBA4A蛋白的劑量可能會取代突變蛋白從而達(dá)到挽救的目的。因此研究人員按照摩爾比2:1的比例共注射野生型TUBA4A蛋白和突變TUBA4A蛋白，與只注射TUBA4A突變組相比，2:1比例共注射組的卵母細(xì)胞正常減數(shù)分裂的比例大幅提升，處理后的受精卵呈現(xiàn)囊胚形成率的小幅提高。以上發(fā)現(xiàn)對人類輔助生殖以及受精卵分裂障礙患者的遺傳咨詢具有重要意義。

清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院那潔副教授、安徽醫(yī)科大學(xué)曹云霞教授、陳蓓麗副主任醫(yī)師為該論文的共同通訊作者。首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室的李琳副研究員、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士生毛林凡、安徽醫(yī)科大學(xué)章志國教授為本論文的并列第一作者。清華大學(xué)致理學(xué)院的丁苗惠同學(xué)做出了重要貢獻(xiàn)。清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院梁鑫副教授和歐光朔教授為本研究提供了寶貴的建議。本研究由國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃2019YFA0110001、2022YFA1103103，國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目31970819, 32270784、82001516、82071724，首都醫(yī)科大學(xué)優(yōu)秀青年人才項(xiàng)目B2205、北京市醫(yī)院管理中心“青苗計(jì)劃”QML20201401，北京市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目202310003091等組織機(jī)構(gòu)提供經(jīng)費(fèi)支持。

英文全文鏈接：

https://doi.org/10.1093/lifemedi/lnad032

引用本文：

Lin Li and others, Mutations in TUBA4A lead to human zygotic arrest and early developmental failure, Life Medicine, 2023, lnad032, https://doi.org/10.1093/lifemedi/lnad032