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Science子刊:匡延平团队发现命名了一种全新的人类遗传疾病

上海交通大学医学院附属第九人民医院(上海九院)、西北妇女儿童医院、复旦生物医学研究院、复旦大学附属妇产科医院以及中科院神经所等机构的研究人员首次命名了一种全新的孟德尔遗传疾病(卵子死亡),并在培养细胞、非洲爪蟾卵母细胞、小鼠卵母细胞和利用一位患者(Q392*)的突变衍生的过表达工程小鼠等模型中深入阐明了致病机制,从而证明了PANX1基因突变影响蛋白糖基化、通道激活和ATP释放,该疾病也是有关PANX1家族成员异常的首个离子通道疾病。

 

2003年上海交通大学医学院附属第九人民医院辅助生殖科匡延平(Yanping Kuang)教授团队在人工受精术(IVF)中发现了一例奇特的病例:患者性激素水平、取卵数、卵子形态及体外受精均正常,然而,从受精第二天开始所有胚胎均出现发黑、萎缩和退化的现象。

 

 Science子刊:匡延平团队发现命名了一种全新的人类遗传疾病

 

随后他们又发现了两个类似表型的独立家族(家系2和家系3),其中一例(家系2),卵子取出20小时内,未受精即表现出了发黑、萎缩和退化。与此同时,西北妇女儿童医院生殖中心师娟子教授团队也发现了相似的病例(家系1)。

 

Science子刊:匡延平团队发现命名了一种全新的人类遗传疾病 

 

当时,没有医学文献报道描述过这种疾病,致病原因和机制更不得而知。2015年,匡教授联合复旦大学的王磊(Lei Wang)、桑庆(Qing Sang)课题组开展调查,联合研究团队将这种全新的疾病命名为“卵子死亡(oocyte death)”。

 

2019年3月27日,联合课题小组在 Science Translational Medicine发表题为“A Pannexin 1 Channelopathy Causes Human Oocyte Death”的最新论文,发现来自四个独立家族的患有卵子死亡症的不孕女性携带不同程度的PANXI突变,该病符合孟德尔显性遗传特点,正式将这种卵子死亡症纳入孟德尔遗传疾病行列。

 

对家系1和家系3的患者及其母亲进行全基因组测序分析,发现PANX1基因是唯一与家系1三名不孕患者都有关联的突变,至于家系3,PANX1基因的杂合错义突变是唯一与其不孕有关的突变。两个家族的突变都源自她们的父亲。

 

Science子刊:匡延平团队发现命名了一种全新的人类遗传疾病 

 

qRT-PCR分析表明PANX1在人类卵母细胞、8个细胞胚胎和大脑中的表达量最高(与其他体细胞组织相比)。研究人员又利用免疫荧光探讨了其亚细胞定位。早期PANX1主要定位于人卵母细胞和受精卵的细胞膜或细胞界面,提示PANX1对卵细胞膜和早期胚胎可能具有重要生理功能。

 

 Science子刊:匡延平团队发现命名了一种全新的人类遗传疾病

 

PANX1存在三种糖基化状态:非糖基化蛋白(GLY0)、高甘露糖蛋白(GLY1)以及完全成熟糖蛋白(GLY2)。细胞和卵子功能实验表明突变会改变PANX1糖基化模式,被改变的糖基化模式与疾病密切相关。体外鼠卵子、非洲爪蟾卵细胞分析,突变亦引起了PANX1通道异常激活,加速了卵子内部ATP释放,细胞呈现致病表型。

 

突变鼠模型中,4种点突变对鼠的生育力均无明显影响,在人卵中,PANX1表达显著高于鼠卵。研究人员猜测表达差异可能是基因突变鼠无不孕表型的原因。

 

于是,研究人员委托赛业生物(Cyagen Biosciences)构建了家系1患者Q392*的突变过表达鼠模型,这些小鼠是通过CRISPR-Cas9介导的同源重组产生。向导RNA序列为CTCCAGTCTTTCTAGAAGATGGG靶向鼠Rosa26基因的内含子1,一组线性化的包含ZP3-人类野生型或PANX1突变型(C1174T)cDNA poly(A)的供体载体,该系统与Cas9 mRNA共同注入鼠受精卵,生成打靶KI后代。对F0亲代动物进行PCR鉴定和测序分析,作为野生型小鼠进行种系传递和F1子代试验。

 

 

与卵子特异性表达野生型鼠相比,突变鼠模型如预期一般呈现不孕表型。

 

该研究成果不仅指出了“卵子死亡”疾病的致病突变和致病机理,同时也提供了首个深入研究PANX1病理学功能的疾病鼠模型,扩大了人类孟德尔遗传疾病版图,提示人类卵子及早期胚胎中可能隐藏大量前所未知的新基因,为相关患者的遗传咨询和辅助生殖精准医疗奠定了基础。

 

原文检索:A Pannexin 1 Channelopathy Causes Human Oocyte Death

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