de la activación del cromosoma X en roedores.
Los párrafos siguientes tienen que ver únicamente con roedores y no reflejan el XI en la mayoría de los mamíferos.La inactivación X es parte del ciclo de activación del cromosoma X a lo largo de la vida femenina. El óvulo y el cigoto fertilizado utilizan inicialmente transcripciones maternas, y todo el genoma embrionario se silencia hasta la activación del genoma cigótico. A partir de entonces, todas las células de ratón se someten a una inactivación temprana e impresa del cromosoma X de origen paterno en embriones de 4 a 8 células. Los tejidos extraembrionarios (que dan lugar a la placenta y otros tejidos que sostienen al embrión) retienen esta inactivación impresa temprana, y por lo tanto solo el cromosoma X materno está activo en estos tejidos.
En el blastocisto temprano, esta inactivación X inicial impresa se invierte en las células de la masa celular interna (que dan lugar al embrión), y en estas células ambos cromosomas X vuelven a activarse. Cada una de estas células inactiva de forma independiente y aleatoria una copia del cromosoma X. Este evento de inactivación es irreversible durante la vida del individuo, con la excepción de la línea germinal. En la línea germinal femenina antes de la entrada meiótica, la inactivación X se invierte, de modo que después de la meiosis, todos los ovocitos haploides contienen un solo cromosoma X activo.
OverviewEdit
El Xi marca el cromosoma X inactivo, Xa el cromosoma X activo. XP denota el cromosoma X paterno, y XM denota el cromosoma X materno. Cuando el óvulo (que lleva XM), es fertilizado por un espermatozoide (que lleva una Y o un XP), se forma un cigoto diploide. Desde el cigoto, a través de la etapa adulta, hasta la próxima generación de óvulos, el cromosoma X experimenta los siguientes cambios:
- XipiM cigoto → sometido a activación del genoma cigótico, lo que lleva a:
- XaP XaM → sometido a inactivación X impresa (paterna), lo que lleva a:
- XiP XaM → sometido a activación X en la etapa temprana de blastocisto, lo que lleva a:
- XaP Xam → sometido a-inactivación en el linaje embrionario (masa celular interna) en la etapa de blastocisto, lo que lleva a:
- XiP XaM O XaP XiM → sometidos a reactivación X en células germinales primordiales antes de la meiosis, dando lugar a:
- Células germinales diploides XaM XaP en detención meiótica. Como la meiosis I solo se completa con la ovulación, las células germinales humanas existen en esta etapa desde las primeras semanas de desarrollo hasta la pubertad. La finalización de la meiosis conduce a:
- Células germinales haploides (huevos) XaM Y XaP.
El ciclo de activación X se ha estudiado mejor en ratones, pero hay múltiples estudios en humanos. Como la mayor parte de la evidencia proviene de ratones, el esquema anterior representa los eventos en ratones. La finalización de la meiosis se simplifica aquí para mayor claridad. Los pasos 1-4 se pueden estudiar en embriones fertilizados in vitro y en la diferenciación de células madre; la reactivación X ocurre en el embrión en desarrollo y los pasos posteriores (6-7) dentro del cuerpo femenino, por lo tanto, mucho más difíciles de estudiar.
TimingEdit
El tiempo de cada proceso depende de la especie, y en muchos casos el tiempo preciso se debate activamente.
| 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 | Inactivación X aleatoria en el linaje embrionario (masa celular interna) | Etapa tardía de blastocisto | Etapa tardía de blastocisto, después de la implantación | |
| 5 | Reactivación X en células germinales primordiales antes de la meiosis | Desde antes de la semana 4 de desarrollo hasta la semana 14 |
Herencia del estado de inactivación a través de generaciones de células Edit
Los descendientes de cada célula que inactivó un cromosoma X en particular también inactivarán ese mismo cromosoma. Este fenómeno, que se puede observar en la coloración de los gatos con concha cuando las hembras son heterocigotas para el gen ligado al cromosoma X, no debe confundirse con mosaicismo, que es un término que se refiere específicamente a diferencias en el genotipo de varias poblaciones celulares en el mismo individuo; la inactivación del cromosoma X, que es un cambio epigenético que da lugar a un fenotipo diferente, no es un cambio a nivel genotípico. Por lo tanto, para una célula o linaje individual, la inactivación es sesgada o «no aleatoria», y esto puede dar lugar a síntomas leves en las mujeres «portadoras» de trastornos genéticos ligados al cromosoma X.
Selección de un cromosoma X activoeditar
Las hembras normales poseen dos cromosomas X, y en cualquier célula dada, un cromosoma estará activo (designado como Xa) y otro inactivo (Xi). Sin embargo, los estudios de individuos con copias adicionales del cromosoma X muestran que en las células con más de dos cromosomas X todavía hay un solo cromosoma X, y todos los cromosomas X restantes están inactivados. Esto indica que el estado predeterminado del cromosoma X en las mujeres es la inactivación, pero siempre se selecciona un cromosoma X para permanecer activo.
Se entiende que la inactivación del cromosoma X es un proceso aleatorio, que ocurre aproximadamente en el momento de la gastrulación en el epiblasto (células que darán lugar al embrión). Los cromosomas X maternos y paternos tienen la misma probabilidad de inactivación. Esto sugeriría que se esperaría que las mujeres sufrieran de trastornos relacionados con el cromosoma X aproximadamente el 50% con la misma frecuencia que los hombres (porque las mujeres tienen dos cromosomas X, mientras que los hombres tienen solo uno); sin embargo, en realidad, la incidencia de estos trastornos en las mujeres es mucho menor que eso. Una explicación de esta disparidad es que entre el 12% y el 20% de los genes del cromosoma X inactivado permanecen expresados, lo que proporciona a las mujeres una protección adicional contra los genes defectuosos codificados por el cromosoma X. Algunos sugieren que esta disparidad debe ser evidencia de inactivación preferencial (no aleatoria). La inactivación preferencial del cromosoma X paterno ocurre tanto en marsupiales como en linajes celulares que forman las membranas que rodean al embrión, mientras que en mamíferos placentarios, el cromosoma X materno o el derivado paterno pueden inactivarse en diferentes líneas celulares.
El período de tiempo para la inactivación del cromosoma X explica esta disparidad. La inactivación se produce en el epiblasto durante la gastrulación, que da lugar al embrión. La inactivación ocurre a nivel celular, lo que resulta en una expresión en mosaico, en la que parches de células tienen un cromosoma X materno inactivo, mientras que otros parches tienen un cromosoma X paterno inactivo. Por ejemplo, una mujer heterocigota para hemofilia (una enfermedad ligada al cromosoma X) tendría aproximadamente la mitad de sus células hepáticas funcionando correctamente, lo que normalmente es suficiente para garantizar una coagulación normal de la sangre. El azar podría resultar en células significativamente más disfuncionales; sin embargo, tales extremos estadísticos son poco probables. Las diferencias genéticas en el cromosoma también pueden hacer que un cromosoma X sea más propenso a sufrir inactivación. Además, si un cromosoma X tiene una mutación que impide su crecimiento o lo hace inviable, las células que inactivaron aleatoriamente ese cromosoma X tendrán una ventaja selectiva sobre las células que inactivaron aleatoriamente el alelo normal. Por lo tanto, aunque la inactivación es inicialmente aleatoria, las células que inactivan un alelo normal (dejando el alelo mutado activo) eventualmente serán cubiertas y reemplazadas por células funcionalmente normales en las que casi todas tienen el mismo cromosoma X activado.
Se plantea la hipótesis de que existe un «factor de bloqueo» auto codificado que se une al cromosoma X y evita su inactivación. El modelo postula que hay un factor de bloqueo limitante, por lo que una vez que la molécula de factor de bloqueo disponible se une a un cromosoma X, el(los) cromosoma (s) X restante (s) no están protegidos de la inactivación. Este modelo está respaldado por la existencia de un solo cromosoma X en células con muchos cromosomas X y por la existencia de dos cromosomas X activos en líneas celulares con el doble del número normal de autosomas.
Las secuencias en el centro de inactivación X (XIC), presentes en el cromosoma X, controlan el silenciamiento del cromosoma X. Se predice que el hipotético factor de bloqueo se unirá a secuencias dentro del XIC.
Expresión de trastornos ligados al cromosoma X en mujeres heterocigotaseditar
El efecto de la heterocigosis X femenina es evidente en algunos rasgos localizados, como el patrón de pelaje único de un gato calicó. Sin embargo, puede ser más difícil comprender completamente la expresión de rasgos no localizados en estas mujeres, como la expresión de enfermedad.
Dado que los hombres solo tienen una copia del cromosoma X, todos los genes expresados del cromosoma X (o alelos, en el caso de formas múltiples variantes para un gen dado en la población) se encuentran en esa copia del cromosoma. Sin embargo, las mujeres expresan principalmente los genes o alelos ubicados en la copia cromosómica X que permanece activa. Teniendo en cuenta la situación de un gen o varios genes que causan diferencias individuales en un fenotipo en particular (es decir, causan variación observada en la población para ese fenotipo), en las hembras homocigotas no importa particularmente qué copia del cromosoma está inactivada, ya que los alelos en ambas copias son los mismos. Sin embargo, en mujeres que son heterocigotas en los genes causales, la inactivación de una copia del cromosoma sobre la otra puede tener un impacto directo en su valor fenotípico. Debido a este fenómeno, se observa un aumento en la variación fenotípica en mujeres que son heterocigotas en el gen o genes involucrados que en mujeres que son homocigotas en ese gen o esos genes. Hay muchas maneras diferentes en las que la variación fenotípica puede desarrollarse. En muchos casos, las mujeres heterocigotas pueden ser asintomáticas o solo presentar síntomas menores de un trastorno determinado,como la adrenoleucodistrofia ligada al cromosoma X.
La diferenciación del fenotipo en hembras heterocigotas se ve favorecida por la presencia de sesgo de inactivación X. Por lo general, cada cromosoma X se silencia en la mitad de las células, pero este proceso se sesga cuando se produce la inactivación preferencial de un cromosoma. Se cree que el sesgo ocurre por casualidad o por una característica física de un cromosoma que puede hacer que se silencie con más o menos frecuencia, como una mutación desfavorable.
En promedio, cada cromosoma X está inactivado en la mitad de las células, sin embargo, el 5-20% de las mujeres «aparentemente normales» muestran un sesgo de inactivación X. En los casos en que está presente un sesgo, puede ocurrir una amplia gama de expresión de síntomas, lo que resulta en una expresión que varía de menor a grave, dependiendo de la proporción de sesgo. Se observó un caso extremo de esto en el que las gemelas monocigóticas tuvieron una variación extrema en la expresión de la enfermedad de Menkes (un trastorno ligado al cromosoma X) que resultó en la muerte de un gemelo mientras que el otro permaneció asintomático.
Se cree que el sesgo de inactivación X podría ser causado por problemas en el mecanismo que causa la inactivación, o por problemas en el cromosoma en sí. Sin embargo, el vínculo entre fenotipo y sesgo todavía se está cuestionando, y debe examinarse caso por caso. En un estudio en el que se analizaron mujeres sintomáticas y asintomáticas heterocigotas para distrofias musculares de Duchenne y Becker (DMD), no se encontró una relación aparente entre la expresión de la transcripción y la inactivación X sesgada. El estudio sugiere que ambos mecanismos están regulados de forma independiente, y hay otros factores desconocidos en juego.
Componente cromosómicoeditar
El centro de inactivación X (o simplemente XIC)en el cromosoma X es necesario y suficiente para causar la inactivación X. Las translocaciones cromosómicas que colocan la XIC en un autosoma conducen a la inactivación del autosoma, y los cromosomas X que carecen de la XIC no están inactivados.
El XIC contiene cuatro genes de ARN no traducidos, Xist, Tsix, Jpx y Ftx, que participan en la inactivación del X. El XIC también contiene sitios de unión para proteínas reguladoras conocidas y desconocidas.
Xist y Tsix RNAsEdit
El gen de transcripción específica X-inactiva (Xist) codifica un ARN grande no codificador que es responsable de mediar el silenciamiento específico del cromosoma X del que se transcribe. El cromosoma X inactivo está recubierto por ARN Xist, mientras que el Xa no lo está (Ver Figura a la derecha). Los cromosomas X que carecen del gen Xist no se pueden inactivar. Colocar y expresar artificialmente el gen Xist en otro cromosoma conduce al silenciamiento de ese cromosoma.
Antes de la inactivación, ambos cromosomas X expresan débilmente ARN Xist del gen Xist. Durante el proceso de inactivación, el futuro Xa deja de expresar Xist, mientras que el futuro Xi aumenta dramáticamente la producción de ARN Xist. En el futuro Xi, el ARN Xist recubre progresivamente el cromosoma, extendiéndose desde el XIC; el ARN Xist no se localiza en el Xa. El silenciamiento de los genes a lo largo del Xi se produce poco después del recubrimiento por ARN Xist.
Al igual que Xist, el gen Tsix codifica un ARN grande que no se cree que codifique una proteína. El ARN Tsix se transcribe antisentido a Xist, lo que significa que el gen Tsix se superpone al gen Xist y se transcribe en la cadena opuesta de ADN del gen Xist. Tsix es un regulador negativo de Xist; los cromosomas X que carecen de expresión de Tsix (y por lo tanto tienen altos niveles de transcripción Xist) se inactivan con mucha más frecuencia que los cromosomas normales.
Al igual que Xist, antes de la inactivación, ambos cromosomas X expresan débilmente ARN Tsix del gen Tsix. Al inicio de la inactivación X, el futuro Xi deja de expresar ARN Tsix (y aumenta la expresión Xist), mientras que Xa continúa expresando Tsix durante varios días.
Rep A es un ARN largo no codificante que trabaja con otro ARN largo no codificante, Xist, para la inactivación de X. Rep A inhibe la función de Tsix, el antisentido de Xist, junto con la eliminación de la expresión de Xite. Promueve la metilación de la región Tsix al atraer PRC2 y, por lo tanto, inactivar uno de los cromosomas X.
SilencingEdit
El cromosoma X inactivo no expresa la mayoría de sus genes, a diferencia del cromosoma X activo. Esto se debe al silenciamiento del Xi por la heterocromatina represiva, que compacta el ADN Xi e impide la expresión de la mayoría de los genes.
En comparación con el Xa, el Xi tiene altos niveles de metilación de ADN, bajos niveles de acetilación de histonas, bajos niveles de metilación de lisina-4 de histonas H3 y altos niveles de metilación de lisina-9 de histonas H3 y marca de metilación de lisina-27 de H3 que coloca el complejo PRC2 reclutado por el Xist, todos los cuales están asociados con silenciamiento génico. PRC2 regula la compactación de la cromatina y la remodelación de la cromatina en varios procesos, incluida la respuesta al daño del ADN. Además, una variante de histonas llamada macroH2A (H2AFY) se encuentra exclusivamente en nucleosomas a lo largo del Xi.
Barr Bodieseditar
EL ADN empaquetado en heterocromatina, como el Xi, es más condensado que el ADN empaquetado en eucromatina, como el Xa. La X inactiva forma un cuerpo discreto dentro del núcleo llamado cuerpo Barr. El cuerpo Barr generalmente se encuentra en la periferia del núcleo, se replica tardíamente dentro del ciclo celular y, como contiene el Xi, contiene modificaciones de heterocromatina y el ARN Xist.
Genes expresados en el cromosoma X inactivoedItar
Una fracción de los genes a lo largo del cromosoma X escapa de la inactivación en el Xi. El gen Xist se expresa en niveles altos en el Xi y no se expresa en el Xa. Muchos otros genes escapan a la inactivación; algunos se expresan por igual desde el Xa y el Xi, y otros, aunque se expresan desde ambos cromosomas, todavía se expresan predominantemente desde el Xa. Hasta un cuarto de los genes del Xi humano son capaces de escapar. Los estudios en ratones sugieren que en cualquier tipo de célula, entre el 3% y el 15% de los genes escapan a la inactivación, y que la identidad genética que escapa varía entre los tejidos.
Muchos de los genes que escapan a la inactivación están presentes a lo largo de regiones del cromosoma X que, a diferencia de la mayoría del cromosoma X, contienen genes también presentes en el cromosoma Y. Estas regiones se denominan regiones pseudoautosómicas, ya que los individuos de ambos sexos recibirán dos copias de cada gen en estas regiones (como un autosoma), a diferencia de la mayoría de los genes a lo largo de los cromosomas sexuales. Dado que los individuos de ambos sexos recibirán dos copias de cada gen en una región pseudoautosómica, no se necesita compensación de dosis para las hembras, por lo que se postula que estas regiones del ADN han desarrollado mecanismos para escapar de la inactivación X. Los genes de las regiones pseudoautosómicas del Xi no tienen las modificaciones típicas del Xi y tienen poco ARN Xist unido.
La existencia de genes a lo largo del X inactivo que no están silenciados explica los defectos en humanos con números anormales del cromosoma X, como el síndrome de Turner (X0) o el síndrome de Klinefelter (XXY). Teóricamente, la inactivación X debería eliminar las diferencias en la dosis génica entre los individuos afectados y los individuos con un complemento cromosómico normal. En los individuos afectados, sin embargo, la inactivación X es incompleta y la dosis de estos genes no silenciados diferirá a medida que escapan de la inactivación X, similar a una aneuploidía autosómica.
No se conocen los mecanismos precisos que controlan el escape de la inactivación X, pero se ha demostrado que las regiones silenciadas y de escape tienen marcas de cromatina distintas. Se ha sugerido que el escape de la inactivación X podría estar mediado por la expresión de ARN largo no codificante (lncRNA) dentro de los dominios cromosómicos de escape.