那洁/曹云霞/陈蓓丽揭示TUBA4A突变作为女性不孕的分子机制和潜在治疗靶点

Life Medicine｜那洁/曹云霞/陈蓓丽合作团队鉴定出导致女性不孕的致病基因TUBA4A，并提供潜在的治疗方案。

卵母细胞减数分裂成熟、受精卵的第一次有丝分裂以及随后的早期胚胎发育过程是影响女性生育成功的关键阶段。许多母源蛋白在上述几个发育阶段发挥重要作用。近年来研究发现BTG4和CHEK1等基因突变可导致受精卵分裂障碍，进而引起女性不孕。然而，上述基因突变只能解释部分患者，仍然有许多病例的致病因素不明。

2023年8月，清华大学医学院那洁课题组与安徽医科大学曹云霞和陈蓓丽课题组，于生物医学领域期刊《生命·医学》（Life Medicine）在线发表题为“Mutations in TUBA4A lead to human zygotic arrest and early developmental failure”(TUBA4A突变导致人类合子发育阻滞和早期胚胎发育失败)的论文。研究团队报道了因TUBA4A基因错义突变导致的女性不孕案例，利用小鼠卵母细胞成熟和早期胚胎发育模型发现，TUBA4A E284K和E284G突变导致卵母细胞减数分裂纺锤体组装的错误，进而阻滞了卵母细胞的减数分裂成熟，且该位点的突变造成受精卵发育潜能的降低。通过补充一定剂量的野生型TUBA4A，可显著恢复突变造成的阻滞作用，提高卵母细胞的成熟比例和受精卵发育至囊胚的比例。该研究揭示了因TUBA4A突变导致女性不孕的分子机制并寻找到了潜在的治疗方法，为遗传因素造成的不孕症诊断和治疗提供了新思路。

图1. TUBA4A基因突变患者的家系信息

该研究招募了12例主要表现为受精卵分裂障碍及女性不孕的患者，并通过全外显子测序分析发现其中三例患者携带TUBA4A杂合变异E284K或E284G（图1）。患者其他体细胞及身体功能均正常未受影响，且患者父母均不携带该变异。TUBA4A作为alpha-tubulin的一种亚型，是组成microtubule的基本单元，对于卵母细胞减数分裂和受精卵有丝分裂过程中纺锤体的正确组装至关重要（图2A）。研究人员通过显微注射手段将人TUBA4A野生型mRNA或携带突变的mRNA引入小鼠卵母细胞或受精卵中，结果显示TUBA4A突变蛋白导致半数以上小鼠卵母细胞减数分裂的阻滞以及受精卵发育潜能的降低。尽管这些突变被预测没有影响蛋白质整体结构，但微管组装和动力学可能受到影响（图2B）。阻滞的卵母细胞呈现纺锤体形态异常以及染色体错误排列（图2C）。

图2. TUBA4A基因突变引起的纺锤体形态异常

根据实验结果，研究人员认为由于突变的TUBA4A蛋白定位于纺锤体，破坏了卵母细胞和着床前胚胎的分裂，因此提高野生型TUBA4A蛋白的剂量可能会取代突变蛋白从而达到挽救的目的。因此研究人员按照摩尔比2:1的比例共注射野生型TUBA4A蛋白和突变TUBA4A蛋白，与只注射TUBA4A突变组相比，2:1比例共注射组的卵母细胞正常减数分裂的比例大幅提升，处理后的受精卵呈现囊胚形成率的小幅提高。以上发现对人类辅助生殖以及受精卵分裂障碍患者的遗传咨询具有重要意义。

清华大学医学院那洁副教授、安徽医科大学曹云霞教授、陈蓓丽副主任医师为该论文的共同通讯作者。首都医科大学附属北京妇产医院中心实验室的李琳副研究员、清华大学医学院博士生毛林凡、安徽医科大学章志国教授为本论文的并列第一作者。清华大学致理学院的丁苗惠同学做出了重要贡献。清华大学生命科学学院梁鑫副教授和欧光朔教授为本研究提供了宝贵的建议。本研究由国家重点研发计划2019YFA0110001，2022YFA1103103、国家自然科学基金项目31970819, 32270784，82001516，82071724、首都医科大学优秀青年人才项目B2205、北京市医院管理中心“青苗计划”QML20201401、北京市大学生创新创业训练项目202310003091等组织机构提供经费支持。

原文链接：

https://academic.oup.com/lifemedi/advance-article-abstract/doi/10.1093/lifemedi/lnad032/7249025?utm_source=advanceaccess&utm_campaign=lifemedi&utm_medium=email

参考文献：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