cyklus aktivace chromozomu X u hlodavců
následující odstavce se týkají pouze hlodavců a neodrážejí XI u většiny savců.X-inaktivace je součástí aktivačního cyklu chromozomu X po celý život ženy. Vajíčko a oplodněná zygota zpočátku používají mateřské transkripty a celý embryonální genom je umlčen až do aktivace zygotického genomu. Poté všechny myší buňky podstoupí časnou, potištěnou inaktivaci otcovsky odvozeného chromozomu X v embryích 4-8 buněčných stádií. V extraembryonálních tkáních (které dávají vzniknout placentě a dalších tkáních podporu embrya) ponechat to brzy potiskem inaktivace, a tedy pouze matky X chromosom je aktivní v těchto tkáních.
V rané blastocysty, tento počáteční potiskem X-inaktivace je obrácen v buňky vnitřní buněčné hmoty (která dala vzniknout embryo), a v těchto buňkách oba X chromozomy se stávají opět aktivní. Každá z těchto buněk pak nezávisle a náhodně inaktivuje jednu kopii chromozomu X. Tato inaktivační událost je během života jedince nevratná, s výjimkou zárodečné linie. V ženské zárodečné linie před meiotické vstup, X-inaktivace je obrácené, tak, že po meióze všechny haploidní vajíčka obsahují jeden aktivní X chromosom.
Přehlededit
Xi označuje neaktivní, Xa aktivní chromozom X. XP označuje otcovský a XM označuje mateřský chromozom X. Když je vajíčko (nesoucí XM) oplodněno spermatem (nesoucím Y nebo XP), vytvoří se diploidní zygota. Od zygoty, přes dospělé fázi, aby příští generace vejce, chromozom X podstoupí následující změny:
- XiP XiM zygota → prochází zygotic aktivace genomu, což vede k:
- XaP XaM → prochází potiskem (otcovské) X-inaktivaci, což vede k:
- XiP XaM → prochází X-aktivace v rané fázi blastocysty, což vede k:
- XaP XaM → prochází náhodná X inaktivace v zárodečné linii (inner cell mass) blastocysty fázi, což vede k:
- XiP XaM nebo XaP XiM → podstupuje X-reaktivaci v primordiálních zárodečných buňkách před meiózou, což vede k:
- XaM XaP diploidní zárodečné buňky v meiotické zástavě. Protože meióza i končí pouze ovulací, lidské zárodečné buňky existují v této fázi od prvních týdnů vývoje až do puberty. Dokončení meiózy vede k:
- haploidní zárodečné buňky XaM a XaP (vejce).
aktivační cyklus X byl nejlépe studován u myší, ale existuje několik studií u lidí. Protože většina důkazů pochází z myší, výše uvedené schéma představuje události u myší. Dokončení meiózy je zde pro přehlednost zjednodušeno. Kroky 1-4 mohou být studovány in vitro oplodněného embrya, a v odlišení kmenových buněk; X-reaktivace se děje ve vyvíjející se embryo, a následné (6-7) kroky uvnitř ženského těla, proto je mnohem těžší se učit.
TimingEdit
načasování každého procesu závisí na druhu a v mnoha případech se aktivně diskutuje o přesném čase.
| Process | Mouse | Human | |
| 1 | Zygotic genome activation | 2–4 cell stage | 2–8 cell stage |
| 2 | Imprinted (paternal) X-inactivation | 4–8 cell stage | Unclear if it takes place in humans |
| 3 | X-activation | Early blastocyst stage | Early blastocyst stage |
| 4 | Náhodná X inaktivace v zárodečné linii (inner cell mass) | Pozdní fázi blastocysty | Pozdní fázi blastocysty, po implantaci |
| 5 | X-reaktivace v primordiální zárodečné buňky před meióze | před vývojových týden 4 až 14. týdnu |
Dědictví inaktivace stav přes mobilní generationsEdit
potomci každá buňka, která inaktivovaná konkrétní chromozom X bude také inaktivovat, že stejný chromozom. Tento jev, který lze pozorovat ve zbarvení želvoviny kočky, když jsou samičky heterozygotní pro X-spojený genu, by neměla být zaměňována s mosaicismus, což je termín, který výslovně odkazuje na rozdíly v genotypu různých buněčných populací u téhož jedince; X-inaktivace, což je epigenetická změna, která má za následek odlišný fenotyp, není změna na genotypové úrovni. Pro jednotlivé buňky nebo lineage inaktivaci je proto zkreslený nebo ‚non-random‘, a to může vést k mírné příznaky, u žen „nosiči“ X-vázaných genetických poruch.
Výběr jeden aktivní X chromosomeEdit
Normální ženy mají dva X chromozómy, a v daném buněk jeden chromozom bude aktivní (označené jako Xa) a jeden bude neaktivní (Xi). Nicméně, studie jedinců s extra kopie chromozomu X ukazují, že v buňkách s více než dvěma X chromozomy je stále jen jeden Xa, a všechny zbývající X chromozomů inaktivován. To znamená, že výchozí stav chromozomu X u žen je inaktivace, ale jeden chromozom X je vždy vybrán, aby zůstal aktivní.
rozumí se, že inaktivace chromozomu X je náhodný proces, který se vyskytuje přibližně v době gastrulace v epiblastu(buňky, které povedou ke vzniku embrya). Mateřské a otcovské chromozomy X mají stejnou pravděpodobnost inaktivace. To by naznačovalo, že ženy by se očekávat, že trpí X-vázané poruchy přibližně 50% stejně často jako muži (protože ženy mají dva X chromozómy, zatímco muži mají jen jeden); nicméně, ve skutečnosti, výskyt těchto poruch u žen je mnohem nižší než to. Jedním z vysvětlení pro tento rozdíl je, že 12-20% genů na inaktivovaný X chromozom zůstává vyjádřil, čímž poskytuje ženy s přidanou ochranu proti vadné geny kódované X-chromozom. Někteří naznačují, že tento rozdíl musí být důkazem preferenční (ne náhodné) inaktivace. Preferenční inaktivace otcovské X-chromozom se vyskytuje v obou vačnatci a v buněčných linií, které tvoří membrány obklopující embryo, vzhledem k tomu, že v placentálních savců buď maternální nebo paternální X-chromozom inaktivován v různých buněčných linií.
časové období pro inaktivaci chromozomu X vysvětluje tento rozdíl. Inaktivace se vyskytuje v epiblastu během gastrulace, což vede ke vzniku embrya. Inaktivace probíhá na buněčné úrovni, což má za následek mozaikovou expresi, ve které mají skvrny buněk neaktivní mateřský X-chromozom, zatímco jiné náplasti mají neaktivní otcovský X-chromozom. Například žena heterozygotní pro hemofilii (onemocnění spojené s X) by měla asi polovinu svých jaterních buněk správně fungovat, což obvykle stačí k zajištění normální srážení krve. Šance by mohla mít za následek výrazně více dysfunkčních buněk; takové statistické extrémy jsou však nepravděpodobné. Genetické rozdíly na chromozomu mohou také způsobit, že jeden chromozom X bude pravděpodobně podroben inaktivaci. Také, pokud se jeden X-chromozom má mutace brání jeho růstu nebo vykreslování non-životaschopné buňky, které náhodně inaktivován, že X bude mít selektivní výhodu nad buňkami, které náhodně inaktivován normální alelu. Proto, i když inaktivace je zpočátku náhodné, buňky, které inaktivují normální alelu (opuštění mutované alely aktivní), bude nakonec být zarostlé a nahrazen funkčně normální buňky, v nichž téměř všechny mají stejné X-chromozom aktivován.
předpokládá se, že existuje autosomálně kódovaný „blokovací faktor“, který se váže na chromozom X a zabraňuje jeho inaktivaci. Model předpokládá, že existuje omezující blokující faktor, takže jakmile se dostupná molekula blokujícího faktoru váže na jeden chromozom X, zbývající chromozom X nejsou chráněny před inaktivací. Tento model je podporován existencí jediného Xa v buňkách s mnoha chromozomy X a existencí dvou aktivních chromozomů X v buněčných liniích s dvojnásobkem normálního počtu autosomů.
sekvence v x inaktivačním centru (XIC), přítomné na chromozomu X, řídí umlčení chromozomu X. Předpokládá se, že hypotetický blokovací faktor se váže na sekvence uvnitř XIC.
exprese x-vázaných poruch u heterozygotních ženeditovat
účinek ženské x heterozygotnosti je patrný u některých lokalizovaných rysů, jako je jedinečný vzor srsti kaliko kočky. To může být obtížnější, nicméně, plně pochopit expresi nelokalizovaných rysů u těchto žen, jako je exprese nemoci.
Vzhledem k tomu, že muži mají jen jednu kopii chromozomu X, všichni vyjádřili X-chromozomální geny (alely, v případě více variant formuláře pro daný gen v populaci) jsou umístěny na kopii chromozomu. Ženy však primárně exprimují geny nebo alely umístěné na X-chromozomální kopii, která zůstává aktivní. Vzhledem k situaci jednoho genu nebo více genů, které způsobují individuální rozdíly v konkrétním fenotypu (tj. způsobují rozdíly pozorované v populaci pro tento fenotyp), u homozygotních žen nezáleží na tom, která kopie chromozomu je inaktivována, protože alely na obou kopiích jsou stejné. U žen, které jsou heterozygotní v kauzálních genech, však inaktivace jedné kopie chromozomu nad druhou může mít přímý dopad na jejich fenotypovou hodnotu. Protože tento jev je pozorován nárůst fenotypové variability u žen, které jsou heterozygotní u zapojených genu nebo genů než u žen, které jsou homozygotní na to, že gen nebo geny. Existuje mnoho různých způsobů, jak může fenotypová variace hrát. V mnoha případech heterozygotní samice, může být bez příznaků nebo pouze přítomny drobné příznaky daného onemocnění, jako s X-spojený adrenoleukodystrofie.
diferenciace fenotypu u heterozygotních samic je podpořena přítomností x-inaktivačního zkosení. Obvykle je každý chromozom X umlčen v polovině buněk, ale tento proces je zkosený, když dojde k preferenční inaktivaci chromozomu. Předpokládá se, že k zkosení dochází buď náhodou, nebo fyzickou charakteristikou chromozomu, která může způsobit jeho umlčení více či méně často, jako je nepříznivá mutace.
v průměru je každý chromozom X inaktivován v polovině buněk, avšak 5-20%“ zjevně normálních “ žen vykazuje zkosení X-inaktivace. V případech, kdy je zkosení přítomno, může dojít k širokému spektru exprese symptomů, což má za následek, že exprese se liší od menších po závažné v závislosti na poměru zkosení. Byl pozorován extrémní případ, kdy monozygotická dvojčata měla extrémní rozptyl v expresi Menkesovy choroby (porucha spojená s X), která měla za následek smrt jednoho dvojčete, zatímco druhé zůstalo asymptomatické.
předpokládá se, že zkosení X-inaktivace může být způsobeno problémy v mechanismu, který způsobuje inaktivaci, nebo problémy v samotném chromozomu. Souvislost mezi fenotypem a zkosením je však stále zpochybňována a měla by být zkoumána případ od případu. Studie zaměřené na symptomatických a asymptomatických žen, které byly heterozygotní pro Duchenne a Becker svalovou dystrofií (DMD) zjištěno žádné zřejmé spojení mezi přepis projevu a asymetrické X-Inaktivace. Studie naznačuje, že oba mechanismy jsou nezávisle regulovány a ve hře jsou další neznámé faktory.
Chromozomální componentEdit
X-inaktivační centrum (nebo prostě XIC) na chromosomu X, je nezbytné a dostatečné, aby způsobit, že X-inaktivace. Chromozomální translokace, které umisťují XIC na autozom, vedou k inaktivaci autozomu a X chromozomy postrádající XIC nejsou inaktivovány.
XIC obsahuje čtyři non-přeloženo RNA geny, ,, Tsix, Jpx a Ftx, které jsou zapojeny v X-inaktivace. Xic také obsahuje vazebná místa pro známé i neznámé regulační proteiny.
Xist a Tsix RNAsEdit
X-inaktivní specifický transkript (,) gen kóduje velké nekódující RNA, který je zodpovědný za zprostředkování konkrétní umlčení X chromozomu, ze kterého je přepisována. Neaktivní chromozom X je potažen Xist RNA, zatímco Xa není (viz obrázek vpravo). Chromozomy X, které postrádají Gen Xist, nelze inaktivovat. Umělé umístění a exprimace genu Xist na jiný chromozom vede k umlčení tohoto chromozomu.
Před inaktivací, oba X chromozomy slabě express, RNA z, gen. Během inaktivace proces, budoucnost Xa přestává express,, vzhledem k tomu, že budoucnost Xi dramaticky zvyšuje, RNA výroby. Na budoucnost Xi,, RNA postupně kabáty chromozom, který se šíří od XIC,, RNA nemusí lokalizovat Xa. K umlčení genů podél Xi dochází brzy po potažení Xist RNA.
stejně jako Xist kóduje Gen Tsix velkou RNA, o které se nepředpokládá, že kóduje protein. Na Tsix RNA je přepisována „antisense“ k,, což znamená, že gen Tsix překrývá, gen a je přepsán na opačné strand DNA, gen. Tsix je negativní regulátor,; X chromozomů chybí Tsix výraz (a tedy s vysokou úrovní, transkripce) jsou inaktivované mnohem častěji než normální chromozomy.
Jako,, před inaktivací, oba X chromozomy slabě express Tsix RNA z genu Tsix. Na počátku X-inaktivace, budoucnost Xi přestává express Tsix RNA (a zvyšuje, výraz), vzhledem k tomu, že Xa pokračuje express Tsix na několik dní.
Rep A je dlouhá non coding RNA, která pracuje s jiným dlouho, non coding RNA, ,, pro X inaktivaci. Rep a inhibuje funkci Tsix, antisense Xist, ve spojení s eliminací exprese Xite. To podporuje methylace Tsix regionu přilákáním PRC2, a tedy inaktivaci jednoho z X chromozomů.
Umlčeníeditovat
neaktivní chromozom X nevyjadřuje většinu svých genů, na rozdíl od aktivního chromozomu X. Je to kvůli tlumení hluku Xi represivními heterochromatin, který kompakty Xi DNA a zabraňuje expresi genů.
ve Srovnání s Xa, Xi má vysokou úroveň metylace DNA, nízká úroveň acetylace histonů, nízké hladiny histonu H3 lysin-4 metylace, a vysoké úrovně histonu H3 lysin-9 metylace a H3 lysin-27 metylace značka, která je umístěna na PRC2 komplex přijati,, z nichž všechny jsou spojeny s umlčení genů. PRC2 reguluje zhutnění chromatinu a remodelaci chromatinu v několika procesech, včetně odpovědi na poškození DNA. Histonová varianta zvaná macroH2A (H2AFY) se navíc nachází výhradně na nukleosomech podél Xi.
Barr bodiesEdit
DNA balené v heterochromatin, jako je Xi, je více kondenzované než DNA balené v euchromatin, jako jsou Xa. Neaktivní X tvoří diskrétní tělo uvnitř jádra zvané Barrovo tělo. Barr tělo je obvykle nachází na periferii jádra, je pozdní replikace v rámci buněčného cyklu, a, protože obsahuje Xi, obsahuje heterochromatin modifikace a, RNA.
Vyjádřil geny na neaktivní X chromosomeEdit
zlomek genů podél celého X chromosomu uniknout inaktivace na Xi. Na, je gen exprimován ve vysokých hladinách v Xi. a není vyjádřen na Xa. Mnoho dalších genů uniknout inaktivace, některé jsou vyjádřeny stejně z Xa a Xi, a jiní, zatímco vyjádřené z obou chromozomů, jsou stále převážně vyjádřeny z Xa. Až čtvrtina genů na lidském Xi je schopna uniknout. Studie na myších naznačují, že v jakémkoli daném typu buněk 3% až 15% genů uniká inaktivaci a že unikající genová identita se mezi tkáněmi liší.
mnoho genů, které unikají inaktivaci, je přítomno podél oblastí chromozomu X, které na rozdíl od většiny chromozomu X obsahují geny také přítomné na chromozomu Y. Tyto regiony jsou označovány pseudoautosomal regionů, jako jednotlivci obou pohlaví, obdrží dvě kopie každého genu v těchto regionech (jako autosome), na rozdíl od většiny genů podél pohlavních chromozomů. Od jedinců obou pohlaví obdrží dvě kopie každého genu v pseudoautosomal region, ne dávkování kompenzace je potřebná pro ženy, tak to je postuloval, že tyto regiony DNA se vyvinuly mechanismy, jak uniknout X-inaktivace. Geny pseudoautosomálních oblastí Xi nemají typické modifikace Xi a mají malou vazbu Xist RNA.
existence genů podél neaktivní X, které nejsou umlčeni vysvětluje vady u lidí s abnormální čísla chromozom X, jako je Turnerův syndrom (X0) nebo Klinefelterův syndrom (XXY). Teoreticky, X-inaktivace by mělo eliminovat rozdíly v genové dávky mezi postižení jedinci a jedinci s normální chromozomální doplňují. U postižených jedinců je však x-inaktivace neúplná a dávka těchto nemlčených genů se bude lišit, protože uniknou x-inaktivaci, podobně jako autosomální aneuploidie.
přesné mechanismy, které kontrolují uniknout z X-inaktivace nejsou známy, ale umlčel a uniknout regionech bylo prokázáno, že mají odlišné chromatinu značky. Bylo navrženo, že únik z X-inaktivace může být zprostředkován expresí dlouhé nekódující RNA (lncRNA) v unikajících chromozomálních doménách.