TUBB8的突變導致人卵母細胞減數分裂停滯

論文 ID

名稱：Mutations inTUBB8cause human oocyte meiotic arrest

發表期刊：New England Journal of Medicine

IF:72.406

發表時間：2016.1

發表單位：復旦大學

背 景

人類繁殖始於中期II卵母細胞與精子細胞融合形成受精卵。在人類卵母細胞中，減數分裂的細胞周期從新生兒卵巢開始，在減數分裂I期停止，直到青春期，促黃體激素的激增將刺激減數分裂的進行並恢復排卵。這促使卵母細胞從中期I(MI)發育到中期II(MII)。I期前期停滯的卵母細胞中有一個完整的細胞核，稱為胚泡(GV)，而卵母細胞恢復減數分裂的特徵就是GV的分裂。GV分裂，MI期不對稱分裂排出極體，獲得MII期成熟的卵母細胞。在大多數哺乳動物中，這是卵母細胞能夠成功受精的唯一階段。

體外受精(IVF)現在占每年新生兒總數的1-3%。在卵巢刺激和人絨毛膜促性腺激素的作用下，一些患者的卵母細胞常處於不成熟狀態，而完全的卵母細胞發育受阻只在少數女性中被報道，目前還沒有發現與人類卵母細胞成熟停滯相關的基因。我們在一個有多個不育的女性成員的多代家系，以及六個不相關的家系中，發現具有相似的卵母細胞成熟停滯表型。

方法流程

結果分析

1

不同家系中TUBB8的突變

1)對家系1的患者進行了全外顯子組測序後，發現了TUBB8編碼區上c.T686C (p.V229A)錯義突變。該基因在家系1中為父系起源的常染色體顯性遺傳模式。

2)另外6個不相關的家系中，不孕患者中發現了其他類型的TUBB8突變，這些突變分別是家系2(c.G1249A, p.D417N)，家系5(c.T1088C, p.M363T)，家系6(c.G5A, p.R2K)和家系7 (c.G900A p.M300I)，且都是遺傳自患者的父親。此外，在家系3和4的患者中，檢測到新生突變(分別為c.G785A，p.R262Q；c.C527T，p.S176L)(圖1)。

TUBB8基因突變

2

體內微管的破裂

使用FLAG標記的載體轉染到培養的(HeLa)細胞中，來研究TUBB8突變對體內微管行為的影響。在野生型TUBB8的情況下，除了高水平的轉基因表達外，發現了協同組裝成的正常微管網路(圖2A，top panels)。相反，在TUBB8突變體中，在中等或高水平的表達量下，TUBB8蛋白融入的微管具有異常外觀(圖2A，center panels)，並且在許多情況下的導致微管網路完全消失(「消除」)(圖2A，lower panels)。消除表型與預測干擾二聚體穩定性，β-微管蛋白摺疊或聚合的突變強相關(V229A，S176L，M363T，R2K，M300I)，而預測干擾驅動蛋白結合的突變(R262Q和D417N)，導致微管組織發生改變的同時也保持其協同組裝能力(圖2B)。

TUBB8突變體的微管表型結果

3

TUBB8的突變損害紡錘體組裝

在小鼠卵細胞中顯微注射任一TUBB8突變的RNA，會導致成熟停滯和畸形紡錘體，第一次的極體擠出率(6％-33％)顯著低於野生型對照組(61±2.2％)(圖3A)

S176L和D417N RNA導致小鼠卵母細胞的紡錘體組裝嚴重或完全受損(圖3B)

將TUBB8S176L和D417N突變RNA現微注射到人類GV卵母細胞中。與小鼠卵母細胞的表型一致，紡錘體組裝嚴重或完全受損(圖3C)。

圖三TUBB8突變體RNA影響小鼠和人卵母細胞中的紡錘體組裝

結 論

1、TUBB8突變呈現遺傳自父親的常染色體顯性遺傳模式和新生突變，具有顯性負相關效應。

2、TUBB8隻分布於卵細胞和早期胚胎，在體細胞和精子細胞中不表達，該基因表達β-微管蛋白。

3、TUBB8突變影響α/β微管蛋白異質二聚體組裝和分子伴侶的摺疊，在體外實驗中改變微管動力學，影響紡錘體的形成以及小鼠細胞和人卵細胞成熟。

文章亮點

1、研究選取意義重大的人類生存繁衍的方向開展；

2、獲得罕見的四代卵子發育受阻的家系，使用有效的候選基因篩選方法找到相關突變；

3、採用詳細的細胞功能驗證不同家系中TUBB8突變。

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