az X-kromoszóma aktiválásának ciklusa rágcsálókban
az alábbi bekezdések csak rágcsálókkal kapcsolatosak, és az emlősök többségében nem tükrözik a XI-t.Az X-inaktiválás az X kromoszóma aktiválási ciklusának része a női élet során. A petesejt és a megtermékenyített zigóta kezdetben anyai transzkriptumokat használ, és az egész embrionális genomot elnémítják, amíg a zigóta Genom aktiválódik. Ezt követően az összes egérsejt az apai eredetű X kromoszóma korai, nyomott inaktiválásán megy keresztül 4-8 sejt stádiumú embriókban. Az extraembrionális szövetek (amelyek a placentát és az embriót támogató egyéb szöveteket eredményezik) megtartják ezt a korai lenyomatú inaktivációt, így ezekben a szövetekben csak az anyai X kromoszóma aktív.
a korai blasztocisztában ez a kezdeti, lenyomott X-inaktiváció megfordul a belső sejttömeg sejtjeiben (amelyek az embriót eredményezik), és ezekben a sejtekben mindkét X kromoszóma ismét aktívvá válik. Ezek a sejtek egymástól függetlenül és véletlenszerűen inaktiválják az X kromoszóma egy példányát. Ez az inaktivációs esemény visszafordíthatatlan az egyén élettartama alatt, a csíravonal kivételével. A női csíravonalban a meiotikus belépés előtt az X-inaktiváció megfordul, így a meiózis után az összes haploid petesejt egyetlen aktív X kromoszómát tartalmaz.
OverviewEdit
az Xi az inaktív, Xa az aktív X kromoszómát jelöli. Az XP az apát, az XM to pedig az anyai X kromoszómát jelöli. Amikor a petesejtet (XM hordozó) megtermékenyíti egy sperma (Y vagy XP hordozó) diploid zigóta képződik. A zigótától a felnőtt stádiumon át a tojás következő generációjáig az X kromoszóma a következő változásokon megy keresztül:
- XiP XiM zigóta a zigóta Genom aktiválásán átesett, ami a következőkhöz vezet:
- Xap Xam az Impresszált (apai) x-inaktiváláson átesett, ami a következőkhöz vezet:
- xip xam a korai blasztociszta stádiumban X-aktiváláson áteső Xap Xam a következő változásokon megy keresztül:
- Xap Xam inaktiválás az embrionális vonalban (belső sejttömeg) a blasztociszta szakaszban, ami:
- XiP XaM vagy XaP XiM a meiózis előtt x-reaktiváción megy keresztül az ősi csírasejtekben, ami a következőkhöz vezet:
- XaM XAP diploid csírasejtek meiotikus letartóztatásban. Mivel az I. meiózis csak ovulációval fejeződik be, az emberi csírasejtek ebben a szakaszban léteznek a fejlődés első heteitől a pubertásig. A meiózis befejezése:
- XaM és XaP haploid csírasejtek (petesejtek) kialakulásához vezet.
az X aktivációs ciklust legjobban egereken tanulmányozták, de több vizsgálatot végeztek embereken. Mivel a legtöbb bizonyíték egerekből származik, a fenti séma az egerek eseményeit képviseli. A meiózis befejezése itt egyszerűsödik az egyértelműség érdekében. Az 1-4. lépést in vitro megtermékenyített embriókban és az őssejtek differenciálásában lehet tanulmányozni; az X-reaktiváció a fejlődő embrióban történik, majd az azt követő (6-7) lépések a női testben, ezért sokkal nehezebb tanulmányozni.
TimingEdit
az egyes folyamatok időzítése a fajtól függ, és sok esetben a pontos időt aktívan vitatják.
| 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 | véletlenszerű X-inaktiváció az embrionális vonalban (belső sejttömeg) | késői blasztociszta stádium | késői blasztociszta stádium, beültetés után |
| 5 | X-reaktiváció az ősi csírasejtekben a meiózis előtt | a 4.fejlődési héttől a 14. hétig |
az inaktivációs státusz öröklődése a sejtgenerációk közöttSzerkesztés
az egyes sejtek leszármazottai, amelyek inaktiváltak egy adott X kromoszómát, szintén inaktiválják ugyanazt a kromoszómát. Ezt a jelenséget, amely megfigyelhető a teknősbéka macskák színezésében, amikor a nőstények heterozigóták az X-kapcsolt génre, nem szabad összekeverni a mozaikossággal, amely kifejezés kifejezetten a különböző sejtpopulációk genotípusának különbségeire utal ugyanazon egyénben; az X-inaktiválás, amely egy epigenetikai változás, amely más fenotípust eredményez, nem változás a genotípus szintjén. Az egyes sejtek vagy leszármazási vonalak esetében az inaktiváció tehát ferde vagy’ nem véletlenszerű’, ami enyhe tüneteket okozhat az X-hez kapcsolódó genetikai rendellenességek női’ hordozóinál’.
egy aktív X kromoszóma kiválasztása
a normál nőstények két X kromoszómával rendelkeznek, és bármely sejtben egy kromoszóma aktív lesz (XA-ként jelölve), egy pedig inaktív (Xi). Az X kromoszóma extra példányaival rendelkező egyének vizsgálata azonban azt mutatja, hogy a kettőnél több X kromoszómával rendelkező sejtekben még mindig csak egy Xa van, és az összes fennmaradó X kromoszóma inaktiválódik. Ez azt jelzi, hogy a nőknél az X kromoszóma alapértelmezett állapota inaktiváció, de mindig egy X kromoszómát választanak ki, hogy aktív maradjon.
magától értetődik, hogy az X-kromoszóma inaktiválása véletlenszerű folyamat, amely az epiblasztban (az embriót előidéző sejtek) a gasztruláció idején fordul elő. Az anyai és apai X kromoszómák azonos valószínűséggel inaktiválódnak. Ez azt sugallja, hogy a nők várhatóan körülbelül 50%-kal szenvednek X-hez kapcsolódó rendellenességektől, mint a férfiak (mivel a nőknek két X kromoszómájuk van, míg a férfiaknak csak egy); valójában azonban ezeknek a rendellenességeknek a előfordulása a nőknél ennél jóval alacsonyabb. Ennek az eltérésnek az egyik magyarázata az, hogy az inaktivált X kromoszómán lévő gének 12-20%-a expresszálódik, így a nők számára további védelmet nyújt az X-kromoszóma által kódolt hibás gének ellen. Egyesek szerint ennek az eltérésnek a preferenciális (nem véletlenszerű) inaktiválás bizonyítékának kell lennie. Az apai X-kromoszóma preferenciális inaktiválása mind az erszényes állatokban, mind az embriót körülvevő membránokat alkotó sejtvonalakban történik, míg a placenta emlősökben vagy az anyai, vagy az apai eredetű X-kromoszóma inaktiválható különböző sejtvonalakban.
az X-kromoszóma inaktiválásának időtartama magyarázza ezt az eltérést. Az inaktiválás az epiblasztban történik a gasztruláció során, ami az embriót eredményezi. Az inaktiválás celluláris szinten történik, ami mozaik expressziót eredményez, amelyben a sejtfoltok inaktív anyai X-kromoszómával rendelkeznek, míg más tapaszok inaktív apai X-kromoszómával rendelkeznek. Például egy hemofília (X-hez kapcsolódó betegség) szempontjából heterozigóta nő májsejtjeinek körülbelül a fele megfelelően működne, ami általában elegendő a normális véralvadás biztosításához. Az esély szignifikánsan több diszfunkcionális sejtet eredményezhet; az ilyen statisztikai szélsőségek azonban nem valószínűek. A kromoszóma genetikai különbségei egy X-kromoszómát is nagyobb valószínűséggel inaktiválhatnak. Továbbá, ha az egyik X-kromoszómának van egy mutációja, amely gátolja annak növekedését vagy életképtelenné teszi, azok a sejtek, amelyek véletlenszerűen inaktiválták ezt az X-et, szelektív előnyt élveznek azokkal a sejtekkel szemben, amelyek véletlenszerűen inaktiválták a normál allélt. Így, bár az inaktiválás kezdetben véletlenszerű, azok a sejtek, amelyek inaktiválják a normál allélt (aktívvá téve a mutált allélt), végül benőttek és funkcionálisan normális sejtek váltják fel, amelyekben szinte mindegyik azonos X-kromoszómával rendelkezik aktiválva.
feltételezzük, hogy van egy autoszomálisan kódolt ‘blokkoló faktor’, amely kötődik az X kromoszómához és megakadályozza annak inaktiválódását. A modell feltételezi, hogy van egy korlátozó blokkoló faktor, így ha a rendelkezésre álló blokkoló faktor molekula egy X kromoszómához kötődik, a fennmaradó X kromoszóma(ok) nem védettek az inaktivációtól. Ezt a modellt alátámasztja egyetlen Xa létezése a sok X kromoszómával rendelkező sejtekben, valamint két aktív X kromoszóma létezése a sejtvonalakban, a normál autoszómák kétszeresével.
Az X kromoszómán jelen lévő X inaktivációs központban (XIC) lévő szekvenciák szabályozzák az X kromoszóma elnémítását. A hipotetikus blokkoló tényező várhatóan kötődik a XIC-en belüli szekvenciákhoz.
az X-hez kapcsolódó rendellenességek expressziója heterozigóta nőstényekbenszerkesztés
a nőstény x heterozigóta hatása néhány lokalizált tulajdonságban nyilvánvaló, például egy calico macska egyedi kabátmintájában. Nehezebb lehet azonban teljes mértékben megérteni a nem lokalizált tulajdonságok kifejeződését ezekben a nőstényekben, például a betegség kifejeződését.
mivel a hímeknek csak egy példánya van az X kromoszómából, az összes expresszált X-kromoszómális gén (vagy allél, a populáció adott génjének több variáns formája esetén) a kromoszóma azon példányán található. A nőstények azonban elsősorban az aktív X-kromoszómális másolaton található géneket vagy allélokat fejezik ki. Figyelembe véve egy gén vagy több gén helyzetét, amelyek egyéni különbségeket okoznak egy adott fenotípusban (vagyis a populációban megfigyelt variációt okoznak az adott fenotípus esetében), homozigóta nőstényeknél nem különösebben számít, hogy a kromoszóma melyik példánya inaktiválódik, mivel mindkét példány alléljai azonosak. Az ok-okozati géneknél heterozigóta nőstényeknél azonban a kromoszóma egyik példányának inaktiválása a másik felett közvetlen hatással lehet fenotípusos értékükre. E jelenség miatt megfigyelhető a fenotípusos variáció növekedése azokban a nőstényekben, amelyek heterozigóta az érintett génnél vagy géneknél, mint azokban a nőstényekben, amelyek homozigóta az adott génnél vagy azoknál a géneknél. A fenotípusos variáció sokféle módon játszható le. Sok esetben a heterozigóta nőstények tünetmentesek lehetnek, vagy csak egy adott rendellenesség kisebb tüneteit mutatják, például X-kapcsolt adrenoleukodystrophia esetén.
a heterozigóta nőstényekben a fenotípus differenciálódását elősegíti az X-inaktivációs torzítás jelenléte. Jellemzően minden X-kromoszóma a sejtek felében elnémul, de ez a folyamat torzul, amikor egy kromoszóma preferenciális inaktivációja következik be. Úgy gondolják, hogy a torzítás véletlenül vagy egy kromoszóma fizikai jellemzője miatt következik be, amely többé-kevésbé elnémíthatja, például kedvezőtlen mutáció.
átlagosan minden X kromoszóma inaktiválódik a sejtek felében, azonban a “látszólag normális” nők 5-20%-A mutat x-inaktivációs torzítást. Azokban az esetekben, amikor ferdeség van jelen, a tünetek expressziójának széles skálája fordulhat elő, amelynek eredményeként az expresszió a ferdeség arányától függően kisebbtől súlyosig változik. Ennek szélsőséges esetét látták, amikor a monozigóta női ikrek rendkívüli eltérést mutattak a Menkes-kór (X-hez kapcsolódó rendellenesség) expressziójában, ami az egyik iker halálát eredményezte, míg a másik tünetmentes maradt.
úgy gondolják, hogy az X-inaktiváció torzulását az inaktivációt okozó mechanizmus problémái vagy maga a kromoszóma problémái okozhatják. A fenotípus és a ferdeség közötti kapcsolat azonban még mindig kérdéses, és eseti alapon meg kell vizsgálni. A Duchenne és Becker izomdisztrófiákra (DMD) heterozigóta, tüneti és tünetmentes nőstényeket vizsgáló tanulmány nem talált nyilvánvaló kapcsolatot a transzkriptum expresszió és a ferde X-inaktiváció között. A tanulmány azt sugallja, hogy mindkét mechanizmus egymástól függetlenül szabályozott, és más ismeretlen tényezők is játszanak szerepet.
kromoszómális komponensszerkesztés
az X-kromoszómán lévő X-inaktivációs központ (vagy egyszerűen XIC) szükséges és elegendő az X-inaktiváció kiváltásához. Azok a kromoszómális transzlokációk, amelyek a XIC-t egy autoszómára helyezik, az autoszóma inaktiválódásához vezetnek, az XIC-ből hiányzó X kromoszómák pedig nem inaktiválódnak.
az XIC négy nem transzlált RNS gént tartalmaz, Xist, Tsix, Jpx és Ftx, amelyek részt vesznek az X-inaktiválásban. A XIC mind az ismert, mind az ismeretlen szabályozó fehérjék kötőhelyeit tartalmazza.
Xist és Tsix RNAsEdit
Az X-inaktív specifikus transzkriptum (Xist) gén egy nagy, nem kódoló RNS-t kódol, amely felelős az X kromoszóma specifikus hallgatásának közvetítéséért, amelyből átírják. Az inaktív X kromoszómát Xist RNS borítja, míg az Xa nem (lásd a jobb oldali ábrát). A Xist génből hiányzó X kromoszómákat nem lehet inaktiválni. A Xist gén mesterséges elhelyezése és kifejezése egy másik kromoszómán a kromoszóma elhallgattatásához vezet.
az inaktiválás előtt mindkét X kromoszóma gyengén expresszálja a Xist RNS-t a Xist génből. Az inaktivációs folyamat során a jövő Xa megszűnik a Xist expressziója, míg a jövő Xi drámai módon növeli a Xist RNS termelését. A jövőben Xi, a Xist RNS fokozatosan bevonja a kromoszómát, elterjed a XIC-ből; a Xist RNS nem lokalizálódik az Xa-ra. A gének elnémítása az Xi mentén nem sokkal a Xist RNS bevonása után következik be.
a Xist-hez hasonlóan a Tsix gén egy nagy RNS-t kódol, amelyről nem gondolják, hogy fehérjét kódol. A Tsix RNS-t az antiszensz Xist-re írja át, ami azt jelenti, hogy a Tsix gén átfedi a Xist gént, és a Xist gén ellentétes DNS-szálán átíródik. A Tsix a Xist negatív szabályozója; az X kromoszómák, amelyeknek nincs Tsix expressziója (és így magas a Xist transzkripciója), sokkal gyakrabban inaktiválódnak, mint a normál kromoszómák.
a Xist-hez hasonlóan az inaktiválás előtt mindkét X kromoszóma gyengén expresszálja a Tsix RNS-t a Tsix génből. Az X-inaktiváció kezdetén a jövőbeli Xi megszűnik a Tsix RNS expressziója (és növeli a Xist expressziót), míg az Xa több napig folytatja a Tsix expresszióját.
Rep a egy hosszú, nem kódoló RNS, amely egy másik hosszú, nem kódoló RNS-sel, a Xist-tel működik X inaktiválás. Az a Rep gátolja a Tsix működését, a Xist antiszenszét, a xite expressziójának kiküszöbölésével együtt. Elősegíti a Tsix régió metilációját a PRC2 vonzásával, ezáltal inaktiválva az egyik X kromoszómát.
SilencingEdit
az inaktív X kromoszóma nem fejezi ki génjeinek többségét, ellentétben az aktív X kromoszómával. Ennek oka a XI elnyomó heterokromatin általi elnémítása, amely tömöríti a Xi DNS-t és megakadályozza a legtöbb gén expresszióját.
az Xa-hoz képest a Xi-nek magas a DNS-metilációja, alacsony a hiszton-acetilezése, alacsony a hiszton H3 lizin-4 metilációja, és magas a hiszton H3 lizin-9 metilációja és a H3 lizin-27 metilációs jele, amelyet a Xist által toborzott PRC2 komplex helyez el, amelyek mindegyike géncsendesítéssel jár. A PRC2 szabályozza a kromatin tömörödését és a kromatin átalakulását számos folyamatban, beleértve a DNS-károsodás válaszát is. Ezenkívül a makroh2a (H2AFY) nevű hisztonvariáns kizárólag a XI mentén található nukleoszómákon található.
Barr bodiesEdit
a heterokromatinba csomagolt DNS, például a Xi, kondenzáltabb, mint az euchromatinba csomagolt DNS, például az Xa. Az inaktív X diszkrét testet képez a magban, amelyet Barr-testnek neveznek. A Barr-test általában a mag perifériáján helyezkedik el, későn replikálódik a sejtcikluson belül, és mivel tartalmazza a Xi-t, heterokromatin-módosításokat és a Xist RNS-t tartalmaz.
expresszált gének az inaktív X kromoszómán
a gének egy része az X kromoszóma mentén inaktiválódik a Xi-n. a Xist gén nagy mennyiségben expresszálódik az Xi-n, és nem expresszálódik az Xa-n. Sok más gén megmenekül az inaktiválástól; egyesek egyenlően expresszálódnak az Xa – ból és a Xi-ből, míg mások, bár mindkét kromoszómából expresszálódnak, továbbra is túlnyomórészt az Xa-ból expresszálódnak. Az emberi Xi génjeinek legfeljebb egynegyede képes menekülni. Az egérrel végzett vizsgálatok azt sugallják, hogy bármely adott sejttípusban a gének 3-15% – a menekül az inaktiválásból, és hogy a menekülő génazonosság szövetenként változik.
az inaktiváció elől menekülő gének közül sok az X kromoszóma régiói mentén található, amelyek az X kromoszóma többségével ellentétben az Y kromoszómán is jelen vannak. Ezeket a régiókat nevezzük pszeudoautoszomális régiók, mivel mindkét nem egyedei minden génből két példányt kapnak ezekben a régiókban (mint egy autoszóma), ellentétben a nemi kromoszómák mentén lévő gének többségével. Mivel bármelyik nemű egyének minden gén két példányát megkapják pszeudoautoszomális régió, nincs szükség dóziskompenzációra a nőstények számára, ezért feltételezik, hogy a DNS ezen régiói mechanizmusokat fejlesztettek ki az X-inaktiváció elkerülésére. A XI pszeudoautoszomális régióinak génjei nem rendelkeznek a XI tipikus módosításaival,és kevés Xist RNS-vel rendelkeznek.
az inaktív X mentén nem elhallgattatott gének megléte magyarázza az X kromoszóma rendellenes számaival rendelkező emberek hibáit, például Turner-szindrómát (X0) vagy Klinefelter-szindrómát (XXY). Elméletileg az X-inaktiválásnak meg kell szüntetnie a géndózis különbségeit az érintett egyének és a normál kromoszóma-komplementtel rendelkező egyének között. Az érintett egyéneknél azonban az X-inaktiváció nem teljes, és ezeknek a nem elnémított géneknek az adagolása eltérő lesz, mivel elkerülik az X-inaktivációt, hasonlóan az autoszomális aneuploidiához.
az X-inaktivációból való menekülést szabályozó pontos mechanizmusok nem ismertek, de kimutatták, hogy a csendes és menekülési régiók különböző kromatinjelekkel rendelkeznek. Felvetődött, hogy az X-inaktivációból való menekülés közvetíthető hosszú, nem kódoló RNS (lncrns) expressziójával a menekülő kromoszómális doméneken belül.