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父母全外显子组测序可以发现极端体外受精表型的遗传原因,如卵母细胞/胚胎发育停滞和反复低受精率

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父母全外显子组测序可以发现极端体外受精表型的遗传原因,如卵母细胞/胚胎发育停滞和反复低受精率(⬅点击左侧文字观看视频)


研究问题:来自不孕妇女的全外显子组测序(WES)数据是否为发现与极端IVF表型(即卵母细胞/胚胎发育停滞)相关的基因/途径提供了有价值的信息?

总结:一个特定的生物信息学韦斯管道的开发揭示了已知的和新的候选基因/通路,用于分离的卵母细胞/胚胎发育失败,为扩大研究提供了基础。

众所周知:体外受精的应用使人们有可能识别极端和孤立的不孕表型,如反复低卵母细胞成熟度(LMR)、反复低受精率(LFR)或植入前发育停滞(PDA),这些表型仍隐藏在自然受孕的尝试中。近年来,WES在具有如此极端不利的IVF表型的家庭中的应用导致了新的基因和途径的发现,这些基因和途径影响配子的独特功能和早期胚胎发育所必需的独特机制。在这里,我们对表现出极端体外受精表型的妇女的WES应用定制的生物信息学方法,以发现与不明原因不孕症有关的新的致病基因/途径。

研究设计、规模、持续时间:22例(2018年12月-2020年9月)长期不明原因不孕的近亲不孕妇女,8例为PDA(>2个IVF周期正常发育胚胎<20%),8例为LMR(>2个IVF周期成熟卵母细胞<20%),4 as LFR(>2个IVF周期正常受精卵母细胞的<20%)。两名反复IVF失败(>10个IVF周期)的妇女也被纳入研究。用1660个来自卵母细胞捐献者的WES作为对照,以控制假阳性发现。

参与者/材料、设置、方法:采用Illumina短读技术对入选女性gDNA进行30倍WES。在注释之后,使用先前开发和验证的管道过滤变体,以优先考虑与卵母细胞/胚胎发育相关的基因中假定的有害变体,从而最大限度地减少假阳性发现。使用改进的IBD软件确定每个样本中的纯合性(ROH)。利用18个人卵母细胞的单细胞RNAseq(scRNAseq)数据集验证了目的基因的表达。

主要结果和机会的作用:采用的变体优先排序管道在1017个基因中识别出1160个独特的变体(平均每个样本59.9个标准差8.5)。与1000个基因组和gnomAD数据库相比,453个变异体是本研究的私有变异体,3%的变异体影响剪接和/或基因产物长度。与卵巢功能/卵母细胞质量相关的DNA损伤和修复途径相关的41个基因显著富集5倍(p<0.001)。TP53/AKT通路对45个基因也有5倍的富集(p<0.001)。这一发现与已知的不育与细胞周期/癌症基因之间的关系是一致的。总的来说,66.4%(675/1017;95%CI:63.4-69.3)的靶基因在MII人卵母细胞中表达。两名妇女(9%)是已知候选基因错义致病性变体的纯合子携带者,这些基因以前与卵母细胞/胚胎发育停滞有关(TRIP13,Chr5901344ΈC/T,CADD百分位0.999;PADI6,chr1_17394384_C/G,CADD百分位0.999)。值得注意的是,另外四名女性是JAKMIP1高影响变异体的携带者,JAKMIP1是一个最近被描述的参与多种细胞过程的蛋白质家族的成员,包括细胞骨架重排、细胞极化和细胞内转运。在卵母细胞供体对照数据集中从未观察到高影响的JAKMP1变体。在MII卵母细胞scRNAseq分析的每个单独生物复制中检测到jakmip1mrna,平均每百万6个转录本。

局限性,谨慎的理由:功能分析正在进行,以验证新发现的基因,数据需要在不同种族验证。然而,这项研究证明了建立一个具体的和可扩展的分析框架,可用于确定不明原因不孕症的遗传原因,其特点是发育模式缺陷。

研究结果的广泛意义:扩大这一研究方法的规模将为发现被认为是特发性不孕症的新基因/途径提供有效的策略,进一步确定精确的生殖医学干预措施。重要的是,这项研究揭示了与慢性病相关的遗传模式的损伤,提供了不孕症和共病之间已确定联系的分子足迹。

试验注册号: