精子线粒体ND6基因变异和完全受精失败的相关性研究

来源 :郑州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yushu522216869
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背景:  近些年来,不孕不育夫妇群体的数量,约半数的原因归结于男性,绝大一部分与男方精液异常、性功能的障碍密切相关。完全受精失败( total fertilization failures,TFF)为辅助生殖技术中的体外受精【主要包括常规的体外受精( in vitro fertilization, IVF)和卵胞浆内单精子注射(intracytoplasmic sperm injection,ICSI)】之后的一段时间内,精子和卵细胞没有能够结合成为合子,在形态学上没有看到精原核与卵原核的形成。完全受精失败于IVF中的发生率大致为5%-10%。男性因素导致不育的前提下,卵胞浆内单精子注射为较有效的治疗方式,仍存在1%-3%的失败率。TFF可以从经济和情感两方面对患病夫妇造成难以置信的打击,临床大夫同样承受着巨大的挫败感、面临着来自精神上的压力。有研究表明,有过完全受精失败史的患病夫妇,TFF的发生可能性在接下来的ART周期中仍占30%左右的比例。由此来说,知晓及掌握TFF的发生原因及其机制对预防其发生有十分重要的意义。但目前为止,其发生的原因及其机制我们仍知之甚少。  在精子尾端的线粒体鞘内,线粒体主要存在于此处。单个精子中线粒体的数量大约为75个。作为精子细胞中的“能量工厂”,线粒体是精子氧化磷酸化(oxidative phosphorylation, OXPHOS)发生的主场所,OXPHOS生成的ATP是精子获取能量的主要来源。线粒体基因链中的ND1-ND6、ND4L基因分别为线粒体内复合物I(NADH还原酶)疏水部分7个亚基的编码基因。ND6编码NADH脱氢酶的第6个亚基,其共有525个碱基对,起始于第14149个碱基对,终止于第14673个碱基对。整个线粒体基因在生物进化过程中都是高度保守的,包括ND基因。但是另一方面而言,线粒体基因结构的特性决定了线粒体基因的变异率高的特点,大概为核基因变异率的20倍。线粒体基因不仅排列紧密,复制速度快,而且,线粒体基因缺少组蛋白的保护和有效的DNA的修复机制。  目的:  许多研究已证实线粒体基因突变、缺失、损伤、线粒体基因拷贝数、线粒体膜电位、核基因损伤以及孕酮受体等与精子活力密切相关。线粒体的单倍体型别、ATP6的基因变异和完全受精失败的相关性在我们之前的研究中被了解及发现。接下来,我们继续探索研究线粒体内的ND6的变异与完全受精失败的联系性,以求为临床预测TFF进行有帮助的探索。  临床资料:  我们的研究对象是于在郑州大学第二附属医院生殖中心中收集到的行half-ICSI周期或者新鲜IVF周期治疗的中国汉族男人精子,收集标本从2011年7月到2014年4月共34个月,共232例。  方法:  我们将232例half-ICSI或者新鲜IVF周期的中国汉族人精子按照辅助生殖技术的结局分为两组,完全受精失败共有45对夫妇,对照组为187对夫妇。用双层密度梯度离心液(40%和80%的Percoll液)将液化以后的精液进行离心,分离,然后提取出精子的mtDNA,应用巢式PCR及PCR进行测序。测序结果与人类剑桥序列(rCRS)【来源于Mitomap数据库(www.mitomap.org)】进行对比,反复将检测出来的核苷酸变异位点行峰图的确认,对检测出的基因变异位点反复核对其编码的氨基酸是否改变。最后一步为蛋白质功能方面的预测,我们使用Polyphen-2(http://genetics.bwh.harvard.edu/pph2)和Uniport datebase(http://www.uniprot.org/)进行检测,(标准:结果中的分数越接近0,蛋白质功能发生损害的可能性越小;预测结果中的分数越接近1.0,蛋白质功能发生损害的可能性越大)。  统计学方法:  计量资料采用平均数±标准差表示,而计数资料采用数和百分比表示。用独立样本T检验分析计量资料;卡方检验或者Fisher的精确检验分析计数资料。所有的分析都使用双侧检验法,P值小于0.05被认为差异具有统计学意义。  结果:  于线粒体ND6基因中,一共发现了21个纯合变异,其中含有1个错义变异,共有7个位点的纯合变异具有统计学意义(P<0.05)。  新发现1个纯合变异的位点(见图1),m.14170A>T。我们于此研究中发现的ND6基因中有统计学意义的变异基因的编号从小到大依次为m.14182T>C、m.14284C>T、m.14362C>T、m.14386T>C、m.14457T>C、m.14494T>C和m.14659C>T。其中发生错义变异的位点为m.14457T>C,此变异使疏水性氨基酸蛋氨酸改变成疏水性氨基酸缬氨酸;使用 Polyphen-2(http://genetics.bwh.harvard.edu/pph2)和 Uniport datebase(http://www.uniprot.org/)进行蛋白质功能的损害预测,发现其蛋白功能损害预测结果为0.993,提示该位点基因变异引起TFF的可能性非常大。其余发现的基因变异均为同义变异。  结论:  (1)共21个纯合基因变异,7个位点变异使TFF的发生率明显增加。除m.14457T>C位点变异使疏水性氨基酸蛋氨酸变异为疏水性氨基酸缬氨酸外,其余变异均为同义变异。  (2)m.14170A>T为新发现的1个纯合的变异位点。  (3)本研究发现m.14457T>C变异可能与TFF具有相关性。
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