科研成果
张锋教授等鉴定了新的精子畸形致病基因DNAH8

精子畸形是男性不育的直接因素。精子鞭毛多发形态异常(Multiple Morphological Abnormalities of the Flagella, MMAF)主要表现为精子尾部鞭毛的多种畸形,包括无尾、短尾、卷尾、折尾及不规则尾等形态,同时伴有精子活力严重不足。先前的研究表明MMAF具有遗传异质性。

2020年7月2日,复旦大学张锋教授和日本大阪大学伊川正人教授在The American Journal of Human Genetics杂志上发表了题为Bi-allelic DNAH8Variants Lead to Multiple Morphological Abnormalities of the Sperm Flagella and Primary Male Infertility的文章,鉴定了新的精子畸形致病基因DNAH8,该基因的双等位突变导致的男性不育或可通过卵胞浆内单精子显微注射(ICSI)技术获得良好的妊娠结局。

该研究对90名中国男性MMAF病例进行了全外显子测序,分析发现2例(2.2%)MMAF患者同时携带有DNAH8基因的双等位突变,生物信息学分析表明这些突变位点是罕见的且具有较强的致病性。此外,通过全外显子测序分析来自法国、伊朗以及北非的167个MMAF病例,发现了一个来自摩洛哥近亲家系的MMAF患者携带有DNAH8的纯和致病性突变。对携带有DNAH8突变的病例进行精子活力及形态学分析发现,DNAH8缺陷患者的精子活力明显降低、尾部鞭毛呈现出典型的MMAF的表型,包括外部形态的多种畸形以及内部超微结构的异常(图1,图2)。

 

 

图1  正常男性的精子(A, F)和DNAH8基因缺陷男性的精子外部形态(B-E, G-J)

 

图2  正常男性的精子(A, B)和DNAH8基因缺陷男性的精子内部超微结构(C-F) 

对携带双等位基因DNAH8变体的男人进行的精子免疫荧光分析显示,DNAH8及其相关蛋白DNAH17的染色不存在或明显减少(图3)。由此可见,DNAH8与DNAH17蛋白可能以一种协同依赖的方式参与精子发生以及尾部鞭毛的组装。

 

 

图3  正常男性的精子和DNAH8基因缺陷男性的精子中DNAH8及DNAH17蛋白定位 

该研究通过CRISPR-Cas9技术构建了DNAH8敲除小鼠模型,进一步表型分析发现DNAH8基因敲除的雄性小鼠同样表现出典型的MMAF表型以及生育力障碍。此外,雄性小鼠睾丸和附睾的HE染色分析发现DNAH8基因敲除导致精子发生异常。因此,DNAH8基因的双等位突变是导致MMAF相关表型以及生育力障碍的重要致病因素。

研究中对DNAH8基因敲除的雄性小鼠进行ICSI干预实验并对形成的2-细胞进行移植,获得了成熟的2-细胞胚胎,经胚胎移植后获得了杂合的幼鼠。同时,该研究中携带DNAH8纯和致病突变的摩洛哥病例在临床上也接受了ICSI干预治疗并且获得了良好的妊娠结局。

 综上,该研究对人和小鼠的实验分析表明,DNAH8对精子鞭毛的形成至关重要,DNAH8基因的双等位突变导致的男性不育或可通过ICSI获得良好的妊娠结局。

 论文链接:https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2020.06.004