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【佳学基因检测】早期卵细胞发生和染色体分离缺陷导致女性不孕症

一旦原始生殖细胞停止增殖,它们就会成为卵原细胞,并在人类怀孕约12周时进入减数分裂。在减数分裂早期阶段,生殖细胞会经历一系列高度有序的过程,包括同源染色体配对、对准、染色质联会和交叉。染色体准确分离涉及多个过程,以通过centromere相互作用和重组建立同源染色体的物理连接,确保在第一次减数分裂中期在纺锤体赤道面正确定位(染色体对准),并控制适当的减数分裂染色

【佳学基因检测】早期卵细胞发生和染色体分离缺陷导致女性不孕症

 

一旦原始生殖细胞停止增殖,它们就会成为卵原细胞,并在人类怀孕约12周时进入减数分裂。在减数分裂早期阶段,生殖细胞会经历一系列高度有序的过程,包括同源染色体配对、对准、染色质联会和交叉。染色体准确分离涉及多个过程,以通过centromere相互作用和重组建立同源染色体的物理连接,确保在第一次减数分裂中期在纺锤体赤道面正确定位(染色体对准),并控制适当的减数分裂染色体分离。在第一次减数分裂的前期,同源染色体会配对和发生重组,包括由SPO11蛋白介导的程序化DNA双链断裂(DSB)、导致大片段染色体交换的交叉加合事件,以及DNA断裂修复。在人类中,总的DSB修复事件数量超过交叉加合事件数量10倍以上。细胞周期检查点会响应错误修复/未修复的DNA断裂和染色体非分离,诱导细胞周期阻滞并激活凋亡程序。

程序性细胞死亡是卵细胞发生各阶段消除异常、受损或过剩细胞的自然机制。胎儿卵巢含有约700万个生殖细胞,但到青春期时只剩约40万个(5%),在女性生育期内仅约400个卵细胞(原始生殖细胞池的0.005%)会排出。加速凋亡和信号传导中断可能导致原始卵泡储备耗竭、卵泡发育不全或正常性分化失败,从而引起发育不全或细长型性腺。

生殖细胞有丝分裂和减数分裂相关基因缺陷是人类性腺发育不全、原发性闭经和女性不孕的常见原因,佳学基因通过基因解码将这些基因整理在下表中,包括与染色体分离相关的BUB1B、STAG3、SYCE1、SYCP3、HFM1、PSMC3IP和SGO2基因,以及参与DNA损伤修复的MCM8、MCM9、XRCC4、ERCC6和BRCA2基因。

表1:与非综合征性 POI、性腺发育不全和女性不孕有关的基因

基因 表型 MIM/[参考] 表型、生殖结果 遗传缺陷 遗传方式
ANXA5 #614391 复发性流产的易感性,RPRGL3 启动子中的序列变异 AD
ATG7、ATG9A  ] 原发性卵巢功能不全 序列变体 AD
AXL  ] 低促性腺激素性性腺功能减退症伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AD
BMP15 #300510 卵巢发育不全、原发性闭经、POF4 序列变异、缺失 X连锁
BUB1B #176430 染色单体过早分离、反复流产 序列变体 AD
CCDC141  ] 卡尔曼综合征 序列变体 AR
CPEB1  ,  ] 原发性卵巢功能不全 删除 AD
DIAPH2 #300511 原发性或继发性闭经,POF2A 序列变异、缺失 X连锁
DUSP6 #615269 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH19 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AD
EIF4ENIF1  ] 原发性卵巢功能不全 序列变体 AD
ERCC6 #616946 原发性卵巢功能不全,POF11 序列变体 AD
ESR1 #615363 雌激素抵抗、原发性闭经 序列变体 AR
ESR2 #618187 卵巢发育不全、ODG8、原发性闭经 序列变体 AD
F2 #614390 复发性流产的易感性,RPRGL2 序列变体 AD
F5 #614389 复发性流产的易感性,RPRGL1 序列变体 AD
FEZF1 #616030 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH22 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AR
FGF17 #615270 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH20 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AD
FGF8 #612702 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH6 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AD
FGFR1 #147950 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH2 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AD
FILA #612310 卵巢功能不全,POF6 序列变体 AD、AR
FLRT3 #615271 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH21 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AD
FMR1 #311360
#300869
原发性卵巢功能不全,POF1 三核苷酸 (CCG)n 重复序列的扩展、重复 X连锁
FSHB #229070 卵巢功能不全、低促性腺激素性性腺功能减退症 HH24 序列变体 AR/AD
FSHR #233300 卵巢发育不全、原发性闭经、ODG1 序列变体 AR
GDF9 #618014 原发性卵巢功能不全,POF14 序列变异、重复 AR,双基因
GNRH1 #614837 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH12 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AR
GNRHR #146110 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH7,原发性闭经 序列变体 AR
HAX1  ] 原发性卵巢功能不全、身材矮小 序列变体 AD
HFM1 #615724 卵巢发育不全、卵巢功能不全、POF9 序列变体 AR
HS6ST1 #614880 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH15 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AD
IL17RD #615267 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH18 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AD、AR
KHDC3L  ] 植入前胚胎致死率 序列变体 AR
KISS1 #614842 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH13 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AR
KISS1R #614837 低促性腺激素性性腺功能减退症,HH8,原发性闭经 序列变体 AR
LHB #228300 低促性腺激素性性腺功能减退症,HH23 序列变体 AR
LCHCGR # 238320 黄体生成素抵抗、闭经和不孕 序列变体 AR
LHX8  ] 卵巢发育不全、卵巢功能不全 序列变体 AD
MCM8 #236700 卵巢发育不全、原发性闭经、POF10 序列变体 AR
MCM9 #616185 卵巢发育不全、原发性闭经、ODG4 序列变体 AR
MRPS22 #618117 卵巢发育不全、ODG7、原发性闭经 序列变体 AR
MSH5 #617442 原发性卵巢功能不全,POF13 序列变体 AR
NLRP2、NLRP5  ] 原发性不孕症、卵母细胞成熟缺陷、 序列变体 AR
NOBOX #611548 卵巢发育不全、原发性卵巢功能不全、POF5 序列变体 AD、AR
NR5A1 #612964 性腺发育不全、卵睾 DSD、继发性卵巢功能不全、POF7 删除/复制、序列变体 AD
NSMF #614838 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH9 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AD
NUP107 #618078 卵巢发育不全、ODG6、原发性闭经 序列变体 AR
PADI6 #617234 植入前胚胎致死率,PREMBL12 序列变体 AR
PATL2 #617743 原发性不孕症、卵母细胞成熟缺陷、OOMD4、早期胚胎停滞 序列变体 AR
POF1B #300604 原发性卵巢功能不全,POF2B 序列变体 X连锁
POLR3H  ] 原发性卵巢功能不全 序列变体 AR
PROK2 #610628 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH4 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AD
PROKR2 #244200 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH3 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AD
PRLR #615555 高泌乳素血症、闭经 序列变体 AR
PSMC3IP #614324 卵巢发育不全、ODG3、原发性闭经 序列变体 AR
REC8  ] 卵巢发育不全、卵巢功能不全 序列变体 未知
SALL4  ] 原发性卵巢功能不全 序列变体 AD
SEMA3A #614897 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH16 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AD
SGO2  ] 原发性卵巢功能不全 序列变体 AR
SLC29A3 #602782 组织细胞增多症-淋巴结病合并综合征 序列变体 AR
SMC1B  ] 卵巢发育不全、卵巢功能不全 序列变体 未知
SOHLH1 #617690 卵巢发育不全、ODG5、原发性卵巢功能不全 序列变体 AR
SOHLH2 #616066 原发性卵巢功能不全 序列变体 AD
SOX8  ] 卵巢发育不全、原发性或继发性闭经 序列变体 AD
SPIDR  ] 卵巢发育不全 序列变体 AR
SPRY4 #615266 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH17 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AD
STAG3 #615723 卵巢发育不全、卵巢功能不全、POF8 序列变体 AR
SYCE1 #616947 卵巢发育不全、卵巢功能不全 POF12 序列变体 AR
SYCP3 #270960 复发性流产的易感性,RPRGL4 序列变异、缺失 AD
TAC3 #614839 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH10 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AR
TACR3 #614840 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH11 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AR
TLE6 #616814 植入前胚胎致死率,PREMBL1 序列变体 AR
TUBB8 #616780 原发性不孕症、卵母细胞成熟缺陷、OOMD2 序列变异(从头、父系遗传) AD、AR
WDR11 #614858 低促性腺激素性性腺功能减退症 HH14 伴或不伴嗅觉丧失 序列变体 AD
WEE2 #617996 原发性不孕症、卵母细胞成熟缺陷、OOMD5 序列变体 AR
WNT4 #158330 苗勒氏管发育不全、雄激素过多症、原发性闭经 序列变体 AD
ZP1 #615774 原发性不孕症、卵母细胞成熟缺陷、OOMD1 序列变体 AR
ZP2  ] 原发性不孕症 序列变体 AR,双基因
ZP3 #617712 原发性不孕症、卵母细胞成熟缺陷、OOMD3 序列变异(从头、父系遗传) AD

有令人信服的证据表明,不育女性产生异常染色体数目的卵细胞的发生率更高。减数分裂期间负责染色体联会和分离所需基因的罕见有害改变,如SYCP3、STAG3、HFM1、SYCE1、NUP107、PSMC3IP、SGO2、REC8、SMC1B和BUB1B,是导致减数分裂紊乱、异常染色体数目、细长型性腺、原发性卵巢功能减退、胚胎发育阻滞、习惯性流产、患有染色体异常后代的风险以及不孕症的原因(表1)。减数分裂特异性凝集素复合物由两种结构蛋白(分别由SMC1A和SMC1B编码的SMC1α/SMC1β和SMC3)、一种α-kleisin蛋白(RAD21、RAD21L或REC8)以及一种基质抗原蛋白(STAG1、STAG2或STAG3)组成。REC8、SMC1B和STAG3的病理变异均与人类不孕症有关。减数分裂凝集素和/或形成体复合物装配缺陷会导致在第二次减数分裂期间多条染色体发生非整倍体分离,引起卵泡闭锁。在特发性不孕症和习惯性流产患者中也观察到此类遗传缺陷。

女性减数分裂极易发生染色体分离错误,尤其是在年龄较大的女性中,导致高比例的异数体受精卵和至少10%的异数体人类胚胎。SGO2等凝集素或凝集素相关蛋白的逐渐丢失被认为与减数分裂非分离、与年龄相关的异数体和不孕症有关。BUB1B基因编码丝裂原体装配检查点丝/苏氨酸激酶B蛋白,在调节纺锤体装配检查点中起重要作用。BUB1B基因杂合和双等位基因改变在受影响的镶嵌体异数体变异患者中均属罕见发现。同样,在携带CEP57基因同源突变的患者中也观察到染色体分配错误。纺锤体检查点功能障碍会导致多条不同染色体发生异常数目,可能导致卵细胞成熟阻滞、早期胚胎致死或流产[60,72]。这些基因的假定遗传模式列于表1和表2。

表2:伴有卵巢功能不全和女性不孕的综合症


(责任编辑:佳学基因)
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基因位点
表型 MIM/[参考] 表型、生殖能力 遗传缺陷 遗传方式
AARS2 #615889 进行性白质脑病,伴有卵巢功能衰竭 序列变体 AR
AIRE #340300 自身免疫性多内分泌病综合征 序列变体 AD, AR
ANOS1 #308700 卡尔曼综合征 序列变异、缺失 X-linked
AR #300068 雄激素不敏感、卵巢发育不全、XY 女性 序列变异、缺失 X-linked
ATM #208900 共济失调毛细血管扩张 序列变异、缺失 AR
BRCA2 [73] 卵巢发育不全、小头畸形、癌症倾向 序列变体 AR
CCDC39 #613807 纤毛运动障碍、反复呼吸道感染、不孕症 序列变体 AR, digenic
CHD7 #214800 CHARGE 综合征、低促性腺激素性性腺功能减退症、卵巢发育不全 序列变异、缺失 AD
CLPP #614129 Perrault 综合征 3、进行性听力损失、原发性卵巢功能不全 序列变体 AR
CYP17A1 #202110 17-羟化酶缺乏所致先天性肾上腺增生