癌/睾丸抗原基因CT55缺陷导致人类和小鼠男性不育

Deficiency of cancer/testis antigen gene CT55 causes male infertility in humans and mice.

作者信息Guohui Zhang, Chuan Jiang, Yushang Yang, Yan Wang, Haimeng Zhou, Siyu Dai, Mohan Liu, Yanting Yang, Li Yang, Qiongyan Shen, Tao Zhang, Xiaodong Zhang, Yihong Yang, Ying Shen
PMID36481789
发布时间2023-02
DOI10.1038/s41418-022-01098-6

实验完整度

高

包括患者临床观察、WES、精子形态学(SEM/TEM)、小鼠KO模型、IVF、蛋白质组学、Co-IP、自噬功能验证等。

主要模型

两名不育男性患者 Ct55敲除小鼠 HEK293T细胞 K562细胞

重点核对

患者CT55 c.465T>A (p.Y155*)突变 Ct55敲除小鼠模型 精子形态学和超微结构分析 自噬标志物 LC3, p62, LAMP2, GABARAP 体外受精和卵丘扩散实验

摘要

癌症/睾丸抗原(CTA)基因是一组在生理条件下表达仅限于睾丸但在许多人类癌症中被激活的基因。根据特定的表达模式,推测CTA基因在精子发生中发挥作用,但迄今为止证据有限。在此,我们报道了携带癌/睾丸抗原55(CT55)半合子无义突变的患者患有男性不育,精子产生、形态和运动严重受损。具体而言,患者精子中明显存在精子个体化不足、多余细胞质残留过多以及顶体发育缺陷。此外,缺乏Ct55的小鼠模型表现出随年龄增长而加速的不育,模拟了精子个体化缺陷、多余细胞质去除缺陷,同时表现出破坏的卵丘-卵母细胞复合体穿透能力。机制上,我们的功能实验揭示了CT55作为一种新的自噬调节因子,通过选择性相互作用LAMP2和GABARAP(自噬过程中的关键调节因子)并进一步微调其表达来调节精子发生。因此,我们的发现揭示了CT55作为一种新的CTA基因,因其前所未有的自噬活性参与精子发生。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
CT55基因突变是否导致男性不育及其机制
核心机制
CT55通过选择性结合LAMP2和GABARAP调控自噬过程,进而影响精子发生。
主要证据
人类和小鼠模型中CT55突变导致精子形成缺陷,机制上CT55通过自噬调控影响精子个体化、细胞质去除和顶体形成。
研究意义
首次揭示CT55作为新的自噬调控因子参与精子发生,为男性不育的诊断和治疗提供新靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

患者队列和基因突变鉴定

鉴定导致男性不育的基因突变

对两名不育兄弟进行全外显子测序和Sanger测序,发现CT55基因的半合子无义突变。

2

精子表型分析

评估患者精子形态和超微结构异常

通过精子分析、Papanicolaou染色、SEM和TEM观察精子形态和超微结构,发现精子个体化失败、胞质残留、顶体缺陷和鞭毛异常。

3

小鼠模型构建和表型分析

验证Ct55缺失对小鼠生育能力的影响

通过CRISPR-Cas9构建Ct55敲除小鼠,观察其生育力、精子形态和运动能力,并进行IVF和卵丘扩散实验。

4

分子机制研究

揭示CT55调控精子发生的分子机制

通过TMT蛋白质组学、Western blot、免疫荧光和Co-IP等方法,发现CT55通过调控自噬过程影响精子发生。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
QIAamp DNA血液迷你试剂盒QIAGEN51104
Agilent SureSelect人全外显子V6试剂盒Agilent--
Trizol试剂Thermo Fisher15596026
SuperScript™ IV逆转录酶Thermo Fisher18090010
SYBR Green混合液Sigma-AldrichKCQS00
DMEM培养基Gibco11965092
RPMI 1640培养基GibcoC11875500BT
胎牛血清SigmaF8318
jet PRIME转染试剂PolyplusPT-114-15
聚凝胺SolarbioH8761
RIPA裂解液BeyotimeP0013B
蛋白酶抑制剂混合物BiomakeB14012
BCA蛋白定量试剂盒Thermo23227
PVDF膜MilliporeISEQ00010,
ECL HRP底物MilliporeWBKLS0500
Protein A/G磁珠Thermo Fisher88804
SDS上样缓冲液BiosharpBC502A
4',6-二脒基-2-苯基吲哚Sigma-AldrichD9542-1MG
Alexa Fluor 488Thermo FisherA21206
Alexa Fluor 594Thermo FisherA11005
透明质酸酶Sigma37326-33-3
芹菜素TargetMOIT2175
Hoechst 33342SolarbioC0031
精子DNA片段染色试剂盒Puhua Biotechnology Co., LtdSP001
花生凝集素VectorRL-1072-5
CT55抗体AVIVA SYSTEMS BIOLOGYARP70088_P050
GAPDH抗体Abcamab181602
LAMP2抗体Proteintech66301-1-Ig
GABARAP抗体Proteintech18723-1-AP
LC3抗体Cell Signaling4108
p62抗体Proteintech18420-1-AP
FLAG抗体Thermo FisherMA1-91878
SPAM1抗体AbclonalA2120
ACR抗体Biossbs-5151R

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
患者基因突变检测
患者CT55 c.465T>A (p.Y155*)突变存在与否
阅读提示:见Materials and methods中Whole-exome sequencing和Sanger sequencing部分,以及Table 1。
小鼠模型构建
Ct55敲除小鼠的构建方法(删除外显子2-4)
阅读提示:见Materials and methods中Generation of Ct55 knock out mouse models部分。
精子表型分析
精子形态和超微结构评估方法(SEM、TEM、CASA)
阅读提示:见Materials and methods中SEM、TEM、CASA部分和Results中相应描述。
体外功能实验
IVF和卵丘扩散实验的详细条件
阅读提示:见Materials and methods中IVF、Cumulus cell dispersal assay和Cumulus penetration assay部分。
分子机制研究
自噬相关蛋白表达检测(LC3, p62, LAMP2, GABARAP)
阅读提示:见Results中Fig. 7和对应文字描述,以及Materials and methods中Western blot和Co-IP部分。