人类X染色体遗传变异在精子生成中的作用及其机制

Spermatogenesis is the main research hotspots in the field of reproductive health. As males have only one X chromosome and one Y chromosome, therefore it is impossible to be compensated by a normal allele, and is susceptible to diseases. The role of the Y chromosome in spermatogenesis has been well established, while less attention is paid to X chromosome in the process of spermatogenesis. Recently, several studies have demonstrated that X chromosome was important in maintaining the normal male reproductive function. According to our previous studies, we have proposed the "X-linked Maternal Inheritance (XMI)" formation model of non-obstructive azoospermia (NOA), and the "dosage sensitive" pathogenesis model of X-linked multicopy gene in NOA. We will start with large population association studies, combine the information of X chromosome exome mutations and copy number variations (CNVs) of multicopy genes and apply methods in high throughput sequencing to investigate the mechanism of X chromosome genetic variations involved in spermatogenesis. Besides, through analyzing the trios' data, we will locate the de novo pathogenic mutation and identify the crucial spermatogenesis genes in X chromosome. This project will determine the role of X chromosome in spermatogenic failure and open avenues for the diagnosis and treatment of male infertility.

精子发生是生殖健康领域研究的热点。男性携带性染色体X和Y各一条，相关基因的遗传缺陷无法得到同源基因的弥补，更易致病。Y染色体在精子生成障碍的研究中备受关注，但X染色体在生精过程中的作用却一直被忽视。近年研究发现，X染色体基因在维持正常男性生殖功能中具有重要意义。本项目拟以前期工作提出的"X连锁变异及母系遗传"和"剂量敏感"等非梗阻性无精子症发病机理模型为理论基础，以大样本人群关联研究为切入点，针对X染色体外显子组点突变及基因拷贝数变异等不同变异形式，应用高通量测序等基因组学手段，鉴定X染色体上与生精障碍相关的遗传变异，并通过体外试验，阐明X染色体基因在精子生成中的重要作用；在此基础上，通过核心家系分析，定位新产生（de novo）的致病性基因突变，发现X染色体上具有生精功能的关键基因。本项目研究可揭示X染色体及其基因在生精障碍中的作用方式与分子机制，为不育症的分子诊断和治疗提供新的途径。

X染色体基因在维持正常男性生殖功能中具有重要意义。本项目以前期工作提出的“X 连锁变异及母系遗传” 和“剂量敏感”等非梗阻性无精子症发病机理模型为理论基础，针对X 染色体外显子组点突变及基因拷贝数变异等不同变异形式，应用高通量测序等基因组学手段，鉴定X染色体上与生精障碍相关的遗传变异，并通过体内外试验，阐明X 染色体基因在精子生成中的重要作用。在X染色体序列变异方面，完成96对病例对照的X染色体外显子组测序工作，通过两阶段独立人群验证，结合生物信息学分析、SSC功能实验，同时采用CRISPR/Cas9技术构建基因敲除小鼠模型。结果显示，Bcorl1敲除雄性小鼠表现为不育表型，CASA分析发现精子数量以及精子活力显著下降。在X染色体结构变异方面，基于大样本人群，通过对X染色体连锁多拷贝基因进行拷贝数检测，分析发现NXF2和VCX基因拷贝数变异与NOA显著相关，细胞功能实验发现过表达VCX会影响细胞周期、凋亡及增值等指标。本项目研究可揭示X 染色体及其基因在生精障碍中的作用方式与分子机制，为不育症的分子诊断和治疗提供新的途径。