卵母細胞減數(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等基因突變可導致受精卵分裂障礙，進而引起女性不孕。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，清華大學醫(yī)學院那潔課題組與安徽醫(yī)科大學曹云霞和陳蓓麗課題組，于生物醫(yī)學領(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。研究團隊報道了因TUBA4A基因錯義突變導致的女性不孕案例，利用小鼠卵母細胞成熟和早期胚胎發(fā)育模型發(fā)現(xiàn)，TUBA4A E284K和E284G突變導致卵母細胞減數(shù)分裂紡錘體組裝的錯誤，進而阻滯了卵母細胞的減數(shù)分裂成熟，且該位點的突變造成受精卵發(fā)育潛能的降低。通過補充一定劑量的野生型TUBA4A，可顯著恢復突變造成的阻滯作用，提高卵母細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突變導致女性不孕的分子機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引入小鼠卵母細胞或受精卵中，結(jié)果顯示TUBA4A突變蛋白導致半數(shù)以上小鼠卵母細胞減數(shù)分裂的阻滯以及受精卵發(fā)育潛能的降低。盡管這些突變被預測沒有影響蛋白質(zhì)整體結(jié)構(gòu)，但微管組裝和動力學可能受到影響。阻滯的卵母細胞呈現(xiàn)紡錘體形態(tài)異常以及染色體錯誤排列。

根據(jù)實驗結(jié)果，研究人員認為由于突變的TUBA4A蛋白定位于紡錘體，破壞了卵母細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。

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

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