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eLife:CRISPR技术揭示Sun5异常导致无头精子症

CRISPR技术宝典2018-03-11 13:10:38

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来自中科院动物研究所,安徽医科大学等处的研究人员发表了题为“Essential role for SUN5 in anchoring sperm head to the tail”的文章,通过CRISPR/Cas9技术构建SUN5敲除的小鼠,发现SUN5的缺失不影响雌性生殖力,却导致雄鼠不育。

这一研究成果公布在eLife杂志上,文章的通讯作者为动物研究所李卫研究员,以及安徽医科大学曹云霞。


精子作为携带雄性遗传物质的关键载体,其形态、活力、完整性对雄性生殖力至关重要。人类无头精子症的报道已有几十年历史,典型症状是精液中精子只具有能运动的尾部及小团胞质,从而导致男性不育。


中国科学院动物研究所李卫研究组通过CRISPR/Cas9技术构建SUN5敲除的小鼠,发现SUN5的缺失不影响雌性生殖力,却导致雄鼠不育。初步研究发现,缺乏SUN5的精子与人类的圆头精子症非常相似。进一步研究发现,这些精子的头部没有顶体也没有细胞核。因而事实上是一类无头精子,所有“精子”只含有能够摆动的尾部及未移除的少量胞质。


研究人员经过小鼠模型中的超微结构观察发现,SUN5缺失之后,尽管精子头尾连接装置(Head to tail coupling apparatus, HTCA)可以正常组装,但在精子变形之初HTCA就从精子核膜植入窝(implantation fossa)处分离。随着精子不断延长,最终HTCA连同精子尾巴一起从精子头部脱落,产生没有受精功能的无头精子。该小鼠模型的表型与一些人类无头精子症高度类似。研究发现,SUN5精确定位在精子头尾连接处,并且这一定位在人、小鼠及多种哺乳动物中高度保守。

Sun5缺失导致精子身首异处模式图

同时,安徽医科大学曹云霞研究组在临床研究中,通过对无头精子症患者进行外显子测序发现了SUN5基因10个位点的突变。实验动物模型和临床发现均提示,SUN5突变很可能是无头精子症的重要致病因素。由于这类精子依然能够运动,极易与临床上的另一类畸形精子症——圆头精子症混淆,因而将此类无头精子症命名为“伪圆头精子症”,以提醒在临床上切勿将此类无头精子症与圆头精子症混为一谈,从而造成错误诊断和错误治疗。


在此基础上,研究人员通过仔细寻找不能运动的精子头部而不是能够运动的精子尾部,利用这些脱落的精子头使卵子受精,最终产生健康的后代,从而克服了困扰这一类不育患者的难题。该项研究来源于临床科学问题,通过基础研究手段进行了系统解答,并最终返回到临床上解决了部分男性患者的不育难题。

原文标题:

Essential role for SUN5 in anchoring sperm head to the tail

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