X-kromosominaktivering

X-kromosominaktivering ( eng.  X-inactivation, lyonization ) är en epigenetisk process, som ett resultat av vilken, under tidig embryonal utveckling, blir en av de två kopiorna av X-kromosomerna som finns i cellerna hos däggdjur av honkön transkriptionellt tyst. I detta fall bildar DNA från den inaktiva X-kromosomen fakultativt heterokromatin .

Inaktivering av X-kromosomen sker i cellerna hos däggdjurshonor så att två kopior av X-kromosomen inte bildar dubbelt så många produkter av motsvarande gener som hos däggdjur av hankön. Denna process kallas doskompensation av gener . I placenta är valet av X-kromosom som ska inaktiveras slumpmässigt (som visas för mus- och mänskliga celler). En inaktiverad X-kromosom kommer att förbli inaktiv i alla efterföljande dotterceller till följd av delning.

Historik

1959 visade Susumu Ohno att en av de två X-kromosomerna hos honor betedde sig som en autosom, medan den andra var i ett heterokromatintillstånd. [2] Två grupper av forskare föreslog oberoende av varandra att en av de två X-kromosomerna genomgår inaktivering. 1961 föreslog Mary Lyon att inaktivering av en av X-kromosomerna hos honor orsakar fläckig pälsfärg hos möss som är heterozygota för färggener. [3] Lyons hypotes om enkel X-inaktivering i kvinnliga däggdjursceller förklarade också det faktum att möss med endast en X-kromosom har en kvinnlig fenotyp . Ernest Beutler ,  som studerade heterozygota kvinnor med brist på enzymet glukos-6-fosfatasdehydrogenas, oberoende av Lyon, antydde förekomsten av två typer av erytrocyter i heterozygota organismer - bristfälliga i enzymet och normala. [fyra]

Mekanism

I stadiet av ett två- eller fyrcelligt musembryo inaktiveras den paternala X-kromosomen av präglingsmekanismen . [5] [6] [7] I det tidiga blastocyststadiet blir båda X-kromosomerna aktiva i cellerna i den inre cellmassan . Sedan, i alla celler i blastocystens inre cellmassa, inaktiveras en av X-kromosomerna irreversibelt och oberoende av varandra. Inaktiverad i detta tidiga skede av embryonal utveckling, kommer X-kromosomen sedan att inaktiveras i alla somatiska avkommaceller i den cellen. Inaktivering av X-kromosomen reverseras i cellerna i den kvinnliga könslinjen, och därför innehåller alla oocyter båda aktiva X-kromosomerna.

Det har visat sig att det normala tillståndet för X-kromosomen i däggdjursceller är ett inaktiverat tillstånd, eftersom i organismer eller celler som innehåller mer än två X-kromosomer är endast en aktiv, medan resten av X-kromosomerna är inaktiva. Närvaron på X-kromosomerna av platsen för X-kromosominaktiveringscentret - XIC (från engelska.  X inaktiveringscenter ) visas. Närvaron av ett inaktiveringscenter är nödvändigt och tillräckligt för inaktivering av X-kromosomen. Translokation av en kromosomregion innehållande XIC till en autosom leder till inaktivering av motsvarande autosom, medan X-kromosomer som saknar XIC förblir aktiva.

XIC-regionen innehåller två icke-kodande RNA-gener som inte översätts till protein - Xist och Tsix , som är involverade i inaktiveringen av X-kromosomen. Dessutom innehåller XIC bindningsställen för motsvarande regulatoriska proteiner.

Icke-kodande RNA Xist och Tsix

Xist är en gen som kodar för en lång icke-kodande RNA- molekyl som förmedlar specifik inaktivering av X-kromosomen från vilken den transkriberades. [8] Den inaktiva X-kromosomen täcks av RNA som transkriberats från Xist-genen, [9] den aktiva X-kromosomen täcks inte av sådant RNA. Xist-genen uttrycks endast från den inaktiva X-kromosomen, kromosomer som inte innehåller Xist-genen kan inte inaktiveras. [10] Artificiell överföring av Xist-genen till andra kromosomer och dess uttryck leder till inaktivering av andra kromosomer. [11] [12]

Fram till inaktiveringsögonblicket uttrycker båda X-kromosomerna svagt RNA-produkten från Xist-genen; under inaktiveringsprocessen minskar Xist-uttrycket på den aktiva kromosomen, medan det ökar på den inaktiverade kromosomen. Xist-genprodukten täcker gradvis den inaktiverade kromosomen med början från XIC-regionen; [11] Gentystnad av en inaktiverad kromosom börjar kort efter att kromosomen täcks av Xist- gentranskriptet .

Tsix är en lång RNA-molekyl som inte kodar för ett protein. Tsix-transkriptet är antisens mot Xist-gentranskriptet, det vill säga det transkriberas från den motsatta DNA-strängen av samma gen. [13] Tsix är Xists negativa regulator; X-kromosomer som inte uttrycker Tsix och därför har en ökad nivå av Xist-uttryck inaktiveras mycket oftare än normala kromosomer.

Som i fallet med Xist-genen, före inaktivering, uttrycker båda X-kromosomerna svagt RNA från Tsix-genen från motsvarande gen. Efter att inaktiveringen av X-kromosomen börjar, slutar den framtida inaktiverade kromosomen att uttrycka Tsix RNA, medan den aktiva kromosomen fortsätter att uttrycka Tsix i flera dagar till.

Barrs kropp

Barr-kroppen kallas X-kromosomen, vars DNA är i ett tillstånd av heterokromatin . [14] Barr-kroppen innehåller produkten av Xist -genen , är vanligtvis lokaliserad i periferin av kärnan, DNA från Barr-kroppen replikerar sent .

Anteckningar

  1. Gartler SM, Varadarajan KR, Luo P., Canfield TK, Traynor J., Francke U., Hansen RS Normala histonmodifieringar på den inaktiva X-kromosomen i ICF- och Retts syndromceller: implikationer för metyl-CpG-bindande  proteiner  // BMC Biology : journal. - 2004. - Vol. 2 . — S. 21 . - doi : 10.1186/1741-7007-2-21 .  — Figur 1 Arkiverad 8 augusti 2010 på Wayback Machine
  2. Ohno S., Kaplan WD, Kinosita R. Bildning av könskromatin av en enda X-kromosom i leverceller från rattus norvegicus  //  Exp Cell Res : journal. - 1959. - Vol. 18 . - s. 415-419 . - doi : 10.1016/0014-4827(59)90031-X . — PMID 14428474 .
  3. Lyon MF - genverkan i musens X -kromosom ( Mus musculus L.  )  // Natur  : journal. - 1961. - Vol. 190 , nr. 4773 . - s. 372-373 . - doi : 10.1038/190372a0 . — PMID 13764598 .
  4. Beutler E., Yeh M., Fairbanks VF Den normala mänskliga honan som en mosaik av X-kromosomaktivitet: Studier som använder genen för G-6-PD-brist som en markör  //  Proceedings of the National Academy of Sciences of the National Academy of Sciences Amerikas förenta stater  : tidskrift. - 1962. - Januari ( vol. 48 ). - S. 9-16 . — PMID 13868717 .
  5. Takagi N., Sasaki M. Preferentiell inaktivering av den paternalt härledda X-kromosomen i musens extraembryonala membran  //  Nature : journal. - 1975. - Vol. 256 . - s. 640-642 . - doi : 10.1038/256640a0 . — PMID 1152998 .
  6. Cheng MK, Disteche CM Silence of the fathers: tidig X-  inaktivering  // BioEssays : journal. - 2004. - Vol. 26 , nr. 8 . - s. 821-824 . - doi : 10.1002/bies.20082 . — PMID 15273983 .  (inte tillgänglig länk)
  7. Okamoto I., Otte A., Allis C., Reinberg D., Heard E. Epigenetic dynamics of imprinted X-inactivation under tidig musutveckling  //  Science : journal. - 2004. - Vol. 303 , nr. 5658 . - s. 644-649 . - doi : 10.1126/science.1092727 . — PMID 14671313 .
  8. Hoki Y., Kimura N., Kanbayashi M., Amakawa Y., Ohhata T., Sasaki H., Sado T. En proximal konserverad upprepning i Xist-genen är väsentlig som ett genomiskt element för X-inaktivering hos mus   // Utveckling : tidskrift. - 2009. - Vol. 136 . - S. 139-146 . - doi : 10.1242/dev.026427 . — PMID 19036803 .
  9. Ng K., Pullirsch D., Leeb M., Wutz A. Xist and the order of silencing  //  EMBO Rep : journal. - 2007. - Vol. 8 . - S. 34-9 . - doi : 10.1038/sj.embor.7400871 . — PMID 17203100 . . — « Figur 1 Xist-RNA omfattar det X från vilket det transkriberas. ".
  10. Penny GD, Kay GF, Sheardown SA, Rastan S., Brockdorff N. Requirement for Xist in X-kromosominactivation   // Nature . - 1996. - Vol. 379 . - S. 116-117 . - doi : 10.1038/379131a0 . — PMID 8538762 .
  11. 1 2 Herzing LB, Romer JT, Horn JM, Ashworth A. Xist har egenskaper hos X-kromosominaktiveringscentret  //  Nature: journal. - 1997. - Vol. 386 . - S. 272-275 . - doi : 10.1038/386272a0 . — PMID 9069284 .
  12. Lee JT, Jaenisch R. Långvariga cis-effekter av ektopisk X-inaktivering centrerar på en musautosom  //  Nature: journal. - 1997. - Vol. 386 . - S. 275-279 . - doi : 10.1038/386275a0 . — PMID 9069285 .
  13. Lee JT, Davidow LS, Warshawsky D. Tisx , en gen som är antisens mot Xist vid X-inaktiveringscentret  // Nat Genet  : journal  . - 1999. - Vol. 21 . - S. 400-404 . - doi : 10.1038/7734 .
  14. Barr ML, Bertram EG En morfologisk skillnad mellan neuroner hos män och kvinnor, och beteendet hos den nukleolära satelliten under accelererad nukleoproteinsyntes  // Nature  :  journal. - 1949. - Vol. 163 , nr. 4148 . - s. 676-677 . - doi : 10.1038/163676a0 .

Litteratur