QRICH2基因突变

什么是QRICH2基因？

QRICH2基因又叫富含谷氨酰胺的蛋白2基因（Glutamine-rich protein 2），这是一种构建精子鞭毛骨架的蛋白。一旦发生QRICH2基因缺陷，则会直接导致精子鞭毛多态性（MMAF）的产生。

什么是精子鞭毛多态性（MMAF）？

精子鞭毛多态性（MMAF）是男性不育的一种严重形式，其定义是由于轴突和轴突的严重紊乱导致异常镶嵌，包括短，弯曲，卷曲，浓密或稀缺的鞭毛（尾巴）。如上图所述，为异常长的鞭毛形态，而的精子鞭毛多为短鞭毛和弯曲鞭毛，这些都导致了精子形态的畸形。因此这些精子无法正常受精，就算勉强受精形成受精卵（胚胎），也很容易造成流产或死胎。

QRICH2蛋白缺陷为何会引起MMAF？

QRICH2功能缺失突变导致男性不育，精子鞭毛出现多种形态异常。精子鞭毛异常会损害精子活力，导致男性不育，而在多种鞭毛形态异常（MMAF）中发现的基因只能在少数情况下解释MMAF的发病机制。在这里，我们鉴定并从功能上描述了两个血亲家庭中患有MMAF的不育男性QRICH2纯合功能缺失突变。值得注意的是，CRISPR-Cas9技术构建的Qrich2敲除（KO）雄性小鼠表现出MMAF表型和不育。为了阐明Qrich2在精子鞭毛形成中的作用机制，我们对KO和野生型小鼠的睾丸进行了蛋白质组学分析。此外，体外实验表明QRICH2通过稳定和增强与鞭毛发育相关蛋白的表达参与精子鞭毛发育。我们的研究结果强烈表明，人类QRICH2基因突变可导致MMAF男性不育，QRICH2对精子鞭毛的形成至关重要。

精子缺陷是导致男性不育的直接原因，其中包括精子数量减少，精子活力降低和形态异常。精子活动力是正常受精的关键因素，超过80％的男性不育是由精子活动力受损引起的。精子形态在精子运动中起着至关重要的作用，精子形态缺陷对男性不育具有重要作用，男性不育是由涉及精子头部，颈部，中段或尾部的多种表型组成的。其中，精子鞭毛的多种形态异常的特征在于鞭毛形态异常的镶嵌，包括盘绕，弯曲，不规则，短或/和缺鞭毛。正常的精子鞭毛呈9+2的轴突排列，由9个外围微管双峰（OD）和2个中央微管（CP）包围，被外部致密纤维（ODF）和纤维鞘（FS）7包围。几乎所有MMAF病例都伴有可见的超微结构紊乱和/或缺陷，例如不完整或混乱的轴突排列或缺乏ODF / FS。这些结构中的任何缺陷都将导致精子形态异常，并进一步导致运动力下降，甚至导致精子无法移动。

精子运动能力受损是导致男性不育的主要因素，而精子鞭毛是影响精子运动能力的关键因素。涉及精子鞭毛形成的基因变异会导致精子鞭毛形态异常，并进一步降低精子活力，从而损害男性的生育能力。据报道，有几种基因与小鼠模型中的精子鞭毛的发育有关，而除了AKAP4，CCDC39，DNAH1，CFAP43，CFAP44和CFAP69。因此，探索人类MMAF的致病基因并进一步了解精子尾巴结构及其对生育能力的影响至关重要。

在这项研究中，我们在两个近亲家庭的两名MMAF患者中检测到QRICH2的两个纯合无义突变。这是首次确定QRICH2会导致人类MMAF，这为男性不育症提供了新的遗传学诊断线索。我们的进一步研究表明，这两个变异导致精子鞭毛发育不良：几乎所有从患病患者身上观察到的精子都表现出多种精子鞭毛形态异常。另外，通过TEM观察到精子的超微结构不规则：周围纤维或微管不存在，如9+0和6+0的轴突排列。此外，缺乏Qrich2的小鼠模型显示出MMAF表型和异常的鞭毛超微结构，支持了QRICH2在精子鞭毛发育中的重要作用，并且QRICH2的纯合功能丧失突变导致了精子鞭毛的异常发育。导致男性不育。

QRICH2在几个物种中进化保守，表明其在生物中的基本作用。但是，到目前为止，尚未对QRICH2的功能进行描述。 QRICH2包含三个主要域：谷蛋白hmw超级家族，SMC_N超级家族和DUF4795。 SMC_N超级家族是QIRCH2中唯一已知的功能域。染色体（SMC）超家族蛋白的结构维持在N末端和C末端具有ATP结合结构域，它们参与染色质和DNA动力学。 SMC样结构域在一些睫毛和中心体蛋白中高度保守，这与鞭毛内转运有关，表明SMC样结构域可能代表在这些转运过程中被识别的特征序列。重要的是，据报道CFAP43和CCDC39的SMC_N域中的突变与MMAF8相关。因此，包含SMC_N域的QRICH2支持精子鞭毛发育需要QRICH2。