卵母细胞和早期胚胎异常是造成女性不孕及试管婴儿反复失败的重要原因。已有研究证实，遗传因素在卵母细胞和早期胚胎异常中发挥重要作用。既往研究主要集中于大家系及近亲家系患者，且致病突变主要遗传自父母，展现为显性遗传或隐性遗传模式。然而，新发突变（De novomutations，DNMs）在卵母细胞和早期胚胎异常中发挥怎样的作用尚不清楚。
2023年4月6日，复旦大学生物医学研究院桑庆、王磊团队联合多家生殖中心在Genome Biology杂志上以Research article形式发表题为“Large-scale analysis ofde novomutations identifies risk genes for female infertility characterized by oocyte and early embryo defects”的文章，该研究针对卵母细胞和早期胚胎异常患者开展了新发突变分析，首次解析了新发突变在卵母细胞和早期胚胎异常患者中发挥的重要作用。该研究同时选择新发突变最为富集的候选基因TUBA4A进行了功能验证，进一步证实了新发突变与卵母细胞和早期胚胎异常的密切关系。
首先，研究人员对473例卵母细胞和早期胚胎异常患者的三口之家进行了新发突变（DNMs）分析，结果筛选出481个高可信度的DNMs，这些DNMs分布于474个基因中。GO分析显示，突变基因参与女性早期生殖过程相关通路，如生殖细胞发育、纺锤体组装、减数分裂细胞周期、减数分裂染色体分离及早期胚胎发育等（图1A），提示新发突变基因在卵母细胞成熟和早期胚胎发育过程中发挥重要作用。在所鉴定到的候选基因中，有四个基因至少在2个患者中发现新发突变，且TUBA4A为DNMs最为富集的基因（p=1.05´10-6）（图1B,C）。因此，选取TUBA4A为代表进行深入验证。为了进一步确定TUBA4A突变在卵母细胞和早期胚胎异常中的作用，研究人员又对1155名散发患者和2813名正常对照样本进行了基因负荷检验（gene-based burden test）。结果表明，TUBA4A突变在散发不孕患者中同样高度富集（9名散发患者中鉴定到该基因的杂合错义突变；p=4.42´10-4）。说明TUBA4A突变与人类卵母细胞和早期胚胎发育异常密切相关。
图1新发突变基因筛选及通路分析
对TUBA4A新发突变进行功能验证发现，这些突变会以显性负效应的方式影响HeLa细胞微管网络的稳定性（图2A），且表现为剂量依赖性。通过显微注射实验显示突变型TUBA4A的mRNA会降低小鼠卵母细胞及早期胚胎正常成熟和发育的比例（图2B），模拟了患者卵母细胞成熟和早期胚胎发育异常的表型。
图2 TUBA4A突变功能研究及表型模拟
综上所述，研究人员利用多种遗传统计分析策略，对卵母细胞和早期胚胎异常的女性不孕患者进行了新发突变谱研究，并以TUBA4A新发突变为代表进行了功能验证，首次解析了新发突变在女性不孕发生中的重要作用。该研究为女性不孕患者及试管婴儿反复失败患者的分子诊断、遗传咨询提供了新的理论依据。
复旦大学生物医学研究院桑庆和王磊为通讯作者，复旦大学生物医学研究院博士生李群、博士后赵琳（现为美国杜克大学博士后）、博士生曾扬、上海交通大学附属第九人民医院匡延平、郑州大学附属第三医院管一春、上海市生物医药技术研究院陈标榜为本文共同第一作者。同时特别感谢复旦大学生命科学学院及人类表型组研究院金力院士和王久存教授为本研究提供的部分对照样本数据（华表数据库）。
原文链接：https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-023-02894-0
