Двухаллельные мутации CAMSAP1 приводят к тератозооспермии с дефектами головки и жгутиков сперматозоидов у человека

Вопрос исследования: Какова роль белка 1, ассоциированного с кальмодулин-регулируемым спектрином, CAMSAP1, в сперматогенезе у человека?

Ответ: Двухаллельные варианты CAMSAP1 вызывают мужское бесплодие у человека с множественными деформациями головки сперматозоидов и фенотипами, сходными с множественными морфологическими аномалиями жгутиков сперматозоидов, за счет нарушения динамики микротрубочек манжетки и микротрубочно-спектрин-актинового каркаса, необходимого для формирования головки сперматозоида.

Что уже известно: Формирование головки сперматозоида требует согласованного акросомогенеза, конденсации хроматина и перестройки ядра, обусловленной манжеткой. Хотя в развитии глoboзoоспермии, макрозооспермии и множественных морфологических аномалий жгутиков сперматозоидов (ММАЖ) задействованы несколько генов, генетические причины других форм аномальной морфологии головки сперматозоидов в значительной степени неизвестны. У мышей с дефицитом Camsap1 выявляются тяжелые нарушения сперматогенеза, включая аномальное формирование головки сперматозоидов и дефекты жгутиков, возникающие вследствие нарушения комплекса акросома-акроплаксома-манжетка, что в итоге приводит к мужскому бесплодию. Однако оставалось неясно, сохраняет ли CAMSAP1 аналогичную роль в развитии сперматозоидов у человека.

Дизайн исследования, объем и длительность: Варианты CAMSAP1 были выявлены методом полноэкзомного секвенирования в когорте 3757 пациентов с мужским бесплодием; все участники были набраны в 2015–2025 годах. Выполнены функциональные исследования in vitro, иммунопреципитация с масс-спектрометрией и морфологический анализ сперматозоидов.

Участники/материалы, условия, методы: Набрали трех бесплодных мужчин с резко нарушенной морфологией и подвижностью сперматозоидов. Для характеристики функционального эффекта вариантов использовали биоинформатическую оценку, клеточные тесты экспрессии, иммунное окрашивание и коиммунопреципитацию (Co-IP) в сочетании с тандемной масс-спектрометрией с жидкостной хроматографией (LC-MS/MS) на экстрактах ткани яичка человека.

Основные результаты и роль случайности: Гомозиготные варианты CAMSAP1 выявлены у двух пациентов из родственных семей (китайской и пакистанской), а составные гетерозиготные миссенс-варианты — у третьего пациента из неродственной китайской семьи, при полноэкзомном секвенировании с последующим подтверждением по Сэнгеру. Сперматозоиды у пораженных лиц имели фенотипы ММАЖ и разнообразные аномалии головки, включая грушевидную, аморфную, маленькую и глoboзoспермическую формы. Все четыре варианта CAMSAP1, по прогнозу, были патогенными и in vitro резко снижали стабильность белка. Протеомный анализ показал, что CAMSAP1 взаимодействует с белками, участвующими в организации актинового цитоскелета, транспорте акросомальных везикул, сборке пучков микротрубочек и регуляции кальмодулином. Механистически CAMSAP1 связывается с CALM1 и SPTBN1, соединяя микротрубочки манжетки с околоядерной спектрин-актиновой сетью и обеспечивая правильную передачу силы для формирования ядра. Мутации нарушали эти взаимодействия, что приводило к дефектной архитектуре манжетки, аномальной сборке акросомы и деформации ядра.

Ограничения, причины для осторожности: Хотя были получены клеточные линии с knock-in-мутациями CAMSAP1, соответствующими пациентским вариантам, эта in vitro-модель не может воспроизвести высокодинамичные процессы сборки манжетки и перестройки ядра, которые происходят исключительно во время спермиогенеза, и поэтому не способна полностью отразить механистическую последовательность, ведущую к деформации головки сперматозоида. Кроме того, число пораженных пациентов остается небольшим, и для подтверждения патогенности вариантов CAMSAP1 и дальнейшего уточнения связанного клинического спектра потребуются более крупные многоцентровые многоэтнические когорты.

Более широкое значение результатов: Эта работа выявляет CAMSAP1 как ранее не распознанную причину астенотератозооспермии у человека и расширяет генетический спектр дефектов головки сперматозоидов. Полученные данные подчеркивают ключевую роль CAMSAP1 в манжетка-опосредованной перестройке ядра и дают новые ориентиры для генетической диагностики, консультирования и ведения мужчин с бесплодием.

Финансирование исследования/конфликт интересов: Работа поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (грант № 82301815), Национальной ключевой программой НИОКР Китая (грант № 2022YFC2702603), проектом по развитию талантов в сфере научно-технологических инноваций провинции Сычуань (грант № 2024JDRC0006), Ключевым открытым проектом 2024 года Ключевой лаборатории провинции Сычуань по исследованию генов болезней человека (грант № 2024kflx002) и Китайским фондом постдокторантов (гранты № 2023M732468 и GZC20231835). Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Номер регистрации исследования: не применимо.