ciclo de activação do cromossoma X em rodentsEdit
os parágrafos abaixo têm a ver apenas com roedores e não reflectem XI na maioria dos mamíferos.A inactivação do X faz parte do ciclo de activação do cromossoma X ao longo da vida feminina. O óvulo e o zigoto fertilizado inicialmente usam transcrições maternas, e todo o genoma embrionário é silenciado até a ativação do genoma zigótico. Depois disso, todas as células do rato passam por uma inativação precoce e impressa do cromossoma X derivado paternalmente em embriões de estágio 4-8. Os tecidos extraembryónicos (que dão origem à placenta e a outros tecidos que suportam o embrião) retêm esta inactivação com impressão precoce, pelo que apenas o cromossoma X materno é activo nestes tecidos.
no blastocisto precoce, esta inativação X inicial, impressa, é revertida nas células da massa da célula interna (que dão origem ao embrião), e nestas células ambos os cromossomas X tornam-se activos novamente. Cada uma destas células, então, de forma independente e aleatoriamente, inativa uma cópia do cromossomo X. Este evento de inactivação é irreversível durante a vida do indivíduo, com excepção da linha germinal. Na linha germinal feminina antes da entrada meiótica, a inactivação por X é invertida, de modo que, após a meiose, todos os oócitos haplóides contêm um único cromossoma X activo.
Overiewedit
O Xi marca o inactivo, Xa o cromossoma X activo. XP denota o paterno, e XM denota o cromossomo X materno. Quando o óvulo (Carregando XM), é fertilizado por um espermatozoide (carregando um Y ou um XP), forma-se um zigoto diplóide. A partir do zigoto, através fase adulta, para a próxima geração de ovos, o cromossoma X, que sofre as seguintes alterações:
- XiP XiM zigoto → submetidos zygotic genoma de ativação, levando a:
- XaP XaM → submetidos impresso (paterno) X-inativação, levando a:
- XiP XaM → submetidos X-ativação no início do estágio de blastocisto, levando a:
- XaP XaM → submetidos aleatório X-inativação embrionária linhagem (massa celular interna) no estágio de blastocisto, levando a:XiP XaM ou XaP XiM → submetidas a reativação em células germinais primordiais antes da meiose, levando a:
- XaM e células germinativas haplóides XaP (ovos).
XaM XAP células diplóides em prisão meiótica. Como a meiose eu só completa com a ovulação, células germinais humanas existem nesta fase desde as primeiras semanas de desenvolvimento até a puberdade. A conclusão da meiose leva a:
o ciclo de activação X foi melhor estudado em ratinhos, mas existem vários estudos no ser humano. Como a maioria das evidências vem de ratos, o esquema acima representa os eventos em ratos. A conclusão da meiose é simplificada aqui para clareza. Os passos 1-4 podem ser estudados em embriões fertilizados in vitro, e na diferenciação de células-tronco; a reativação X acontece no embrião em desenvolvimento, e subsequentes (6-7) passos dentro do corpo feminino, portanto, muito mais difícil de estudar.
TimingEdit
o tempo de cada processo depende da espécie, e em muitos casos o tempo exato é ativamente debatido.
| 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 | Aleatório X-inativação embrionária linhagem (massa celular interna) | Final de estágio de blastocisto | Final de estágio de blastocisto, após a implantação |
| 5 | X-reactivação de células germinativas primordiais antes de meiose | antes do desenvolvimento de semana de 4 até a semana 14 |
Herança de inactivação de estado em toda a célula generationsEdit
Os descendentes de cada célula que inativada um determinado cromossomo X também inativam que mesmo cromossomo. Esse fenômeno, que pode ser observada na coloração de concha de tartaruga gatos quando as fêmeas são heterozigotas para o X-linked gene, não deve ser confundido com o mosaicismo, que é um termo que se refere especificamente às diferenças no genótipo de várias populações de células de um mesmo indivíduo; X-inativação, que é uma alteração epigenética, que resulta em um fenótipo diferente, não é uma mudança no genotypic nível. Para uma célula ou linhagem individual, a inactivação é, portanto, distorcida ou “não Aleatória”, o que pode dar origem a sintomas ligeiros nas “portadoras” femininas de distúrbios genéticos associados a X.
A selecção de um cromossoma X activo
as fêmeas normais possuem dois cromossomas X e, em qualquer célula, um cromossoma será activo (designado como Xa) e um será inactivo (Xi). No entanto, estudos de indivíduos com cópias extras do cromossomo X mostram que em células com mais de dois cromossomos X ainda existe apenas um Xa, e todos os cromossomos X restantes são inativados. Isto indica que o estado padrão do cromossomo X nas fêmeas é inactivação, mas um cromossomo X é sempre selecionado para permanecer ativo.
entende-se que a inactivação do cromossoma X é um processo aleatório, ocorrendo na altura da gastrulação no epiblasto (células que darão origem ao embrião). Os cromossomas X materno e paterno têm uma probabilidade igual de inactivação. Isto sugere que se esperaria que as mulheres sofressem de distúrbios associados ao X aproximadamente 50% tão frequentemente quanto os homens (porque as mulheres têm dois cromossomas X, enquanto os homens têm apenas um); no entanto, na realidade, a ocorrência destes distúrbios nas mulheres é muito menor do que isso. Uma explicação para esta disparidade é que 12-20% dos genes no cromossoma X inactivado permanecem expressos, proporcionando assim às mulheres uma protecção adicional contra genes defeituosos codificados pelo cromossoma X. Alguns sugerem que esta disparidade deve ser prova de inactivação preferencial (Não aleatória). A inactivação preferencial do cromossoma X paterno ocorre tanto em marsupiais como em linhagens celulares que formam as membranas que circundam o embrião, enquanto que em mamíferos placentários, tanto o cromossoma X materno como o derivado paternalmente podem ser inactivados em diferentes linhas celulares.
o período de tempo para a inactivação do cromossoma X explica esta disparidade. A inactivação ocorre no epiblast durante a gastrulação, o que dá origem ao embrião. A inactivação ocorre a nível celular, resultando numa expressão de mosaico, na qual partes de células têm um cromossoma X materno inactivo, enquanto outras manchas têm um cromossoma X paterno inactivo. Por exemplo, uma mulher heterozigótica para a hemofilia (uma doença associada ao X) teria cerca de metade de suas células hepáticas funcionando corretamente, o que é tipicamente suficiente para garantir a coagulação normal do sangue. O acaso poderia resultar em células significativamente mais disfuncionais; no entanto, tais extremos estatísticos são improváveis. As diferenças genéticas no cromossoma podem também tornar um cromossoma X mais provável de sofrer inactivação. Além disso, se um cromossomo X tem uma mutação impedindo o seu crescimento ou a prestação de ele não viável, as células que aleatoriamente inativada que X vai ter uma vantagem seletiva sobre as células que aleatoriamente inativada o alelo normal. Assim, embora a inactivação seja inicialmente Aleatória, as células que inactivam um alelo normal (deixando o alelo mutado activo) acabarão por ser sobrepostas e substituídas por células funcionalmente normais nas quais quase todas têm o mesmo cromossoma X activado.existe a hipótese de existir um “factor de bloqueio” codificado automaticamente que se liga ao cromossoma X e impede a sua inactivação. O modelo postula que existe um factor de bloqueio limitante, pelo que, uma vez que a molécula do factor de bloqueio disponível se liga a um cromossoma X, os restantes cromossomas X não são protegidos da inactivação. Este modelo é apoiado pela existência de um único Xa em células com muitos cromossomas X e pela existência de dois cromossomas X activos em linhas celulares com o dobro do número normal de autossomas.
sequências no centro de inactivação X (XIC), presentes no cromossoma X, controlam o silenciamento do cromossoma X. O Fator de bloqueio hipotético é previsto para se ligar a sequências dentro do XIC.
Expression of X-linked disorders in heterozygous femalesEdit
the effect of female X heterozygosity is apparent in some localized traits, such as the unique coat pattern of a calico cat. Pode ser mais difícil, no entanto, compreender completamente a expressão de traços não localizados nestas fêmeas, como a expressão da doença.
Uma vez que os machos têm apenas uma cópia do cromossoma X, todos os genes X-cromossómicos expressos (ou alelos, no caso de formas múltiplas variantes de um dado gene na população) estão localizados nessa cópia do cromossoma. As fêmeas, no entanto, irão expressar principalmente os genes ou alelos localizados na cópia cromossômica X que permanece ativa. Considerando a situação de um gene ou múltiplos genes causando diferenças individuais em um determinado fenótipo (isto é, causando variação observada na população para esse fenótipo), em mulheres homozigóticas não importa particularmente qual cópia do cromossomo é inativada, como os alelos em ambas as cópias são os mesmos. No entanto, em mulheres heterozigóticas nos genes causais, a inactivação de uma cópia do cromossoma sobre a outra pode ter um impacto directo no seu valor fenotípico. Devido a este fenômeno, há um aumento observado na variação fenotípica em fêmeas que são heterozigóticas no gene envolvido ou genes do que em fêmeas que são homozigóticos nesse gene ou nesses genes. Há muitas maneiras diferentes em que a variação fenotípica pode desempenhar. Em muitos casos, as mulheres heterozigóticas podem ser assintomáticas ou apresentar apenas sintomas menores de uma dada doença, tais como com adrenoleukodistrofia associada com X.
a diferenciação do fenótipo em fêmeas heterozigóticas é agravada pela presença de skewing de x-inactivação. Normalmente, cada cromossomo X é silenciado em metade das células, mas este processo é distorcido quando a inactivação preferencial de um cromossomo ocorre. Pensa-se que o desvio ocorre por acaso ou por uma característica física de um cromossomo que pode fazer com que ele seja silenciado mais ou menos frequentemente, como uma mutação desfavorável.
em média, cada cromossoma X é inactivado em metade das células, no entanto, 5-20% das mulheres “aparentemente normais” apresentam um desvio de inactivação X. Nos casos em que o desvio está presente, pode ocorrer uma ampla gama de expressões de sintomas, resultando em expressões que variam de menor a grave, dependendo da proporção de desvio. Um caso extremo disso foi visto onde gêmeas monozigóticas tiveram extrema variância na expressão da doença de Menkes (uma doença associada ao X) resultando na morte de um gêmeo, enquanto o outro permaneceu assintomático.
pensa-se que o desvio de X-inactivação pode ser causado por questões no mecanismo que causa inactivação, ou por questões no próprio cromossoma. No entanto, a relação entre fenótipo e skewing ainda está sendo questionada, e deve ser examinada caso a caso. Um estudo que investigava mulheres sintomáticas e assintomáticas heterozigóticas para distrofias musculares de Duchenne e Becker (DMD) não encontrou nenhuma ligação aparente entre a expressão transcrita e a inactivação por X distorcida. O estudo sugere que ambos os mecanismos são regulados de forma independente, e há outros fatores desconhecidos em jogo.
a componente cromossómica
o centro de inactivação X (ou simplesmente XIC) no cromossoma X é necessário e suficiente para causar a inactivação X. As translocações cromossómicas que colocam o XIC num autossoma levam à inactivação do autosoma e os cromossomas X sem o XIC não estão inactivados.
O XIC contém quatro genes RNA não traduzidos, Xist, Tsix, Jpx e Ftx, que estão envolvidos na inactivação do X -. O XIC também contém locais de ligação para proteínas reguladoras conhecidas e desconhecidas.Xist e Tsix RNAsEdit: Xist
o gene x-inactivo específico transcript (Xist) codifica um grande ARN não codificador que é responsável pela mediação do silenciamento específico do cromossoma X do qual é transcrito. O cromossoma X inactivo é revestido por ARN Xist, enquanto o Xa não é (ver figura à direita). Cromossomas X sem o gene Xist não podem ser inactivados. Colocar e expressar artificialmente o gene Xist noutro cromossoma leva ao silenciamento desse cromossoma.
antes da inactivação, ambos os cromossomas X exprimem fracamente o ARN Xist do gene Xist. Durante o processo de inativação, o futuro Xa deixa de expressar Xist, enquanto o futuro Xi aumenta dramaticamente a produção de RNA Xist. No futuro Xi, o RNA Xist cobre progressivamente o cromossomo, espalhando-se a partir do XIC; o RNA Xist não se localiza ao Xa. O silenciamento dos genes ao longo do Xi ocorre logo após o revestimento por RNA Xist.
Como Xist, o gene Tsix codifica um grande RNA que não se acredita codificar uma proteína. O RNA Tsix é transcrito antisense para Xist, o que significa que o gene Tsix sobrepõe o gene Xist e é transcrito na cadeia oposta de DNA do gene Xist. Tsix é um regulador negativo de Xist; cromossomas X sem expressão Tsix (e, portanto, com altos níveis de transcrição Xist) são inactivados muito mais frequentemente do que cromossomas normais.tal como o Xist, antes da inactivação, ambos os cromossomas X expressam fracamente o ARN Tsix do gene Tsix. Após o início da inativação X, O Futuro Xi deixa de expressar RNA Tsix (e aumenta a expressão Xist), enquanto Xa continua a expressar Tsix por vários dias.
Rep A é um longo RNA não codificante que funciona com outro longo RNA não codificante, Xist, para a inactivação X. Rep a inibe a função de Tsix, o anti-senso de Xist, em conjunto com a eliminação da expressão de Xite. Promove a metilação da região de Tsix atraindo PRC2 e, assim, inactivando um dos cromossomas X.
SilencingEdit
o cromossoma X inactivo não expressa a maioria dos seus genes, ao contrário do cromossoma X activo. Isto é devido ao silenciamento do Xi pela heterocromatina repressiva, que compacta O Xi DNA e impede a expressão da maioria dos genes.
em comparação com o Xa, o Xi tem níveis elevados de metilação do ADN, níveis baixos de acetilação da histona, níveis baixos de metilação da histona H3 da lisina-4 e níveis elevados de metilação da histona H3 da lisina-9 e marca de metilação da H3 da lisina-27 que é colocada pelo complexo PRC2 recrutado pelo Xist, todos os quais estão associados ao silenciamento genético. O PRC2 regula a compactação da cromatina e a remodelação da cromatina em vários processos, incluindo a resposta a danos no DNA. Adicionalmente, uma variante histona chamada macroH2A (H2AFY)é encontrada exclusivamente em nucleossomas ao longo do XI.
Barr bodiesEdit
ADN embalado em heterocromatina, tal como o Xi, é mais condensado do que o ADN embalado na eucromatina, tal como o Xa. O inativo X forma um corpo discreto dentro do núcleo chamado de corpo Barr. O corpo Barr está geralmente localizado na periferia do núcleo, está replicando tardiamente dentro do ciclo celular, e, como ele contém o Xi, contém modificações heterocromatinas e o RNA Xist.
genes expressos no cromossoma X inactivo
uma fracção dos genes ao longo da inactivação do cromossoma X no XI. o gene Xist é expresso a níveis elevados no Xi e não é expresso no Xa. Muitos outros genes escapam à inactivação; alguns são expressos igualmente a partir do Xa e Xi, e outros, embora expressos a partir de ambos os cromossomas, ainda são predominantemente expressos a partir do Xa. Até um quarto dos genes no Xi humano são capazes de escapar. Estudos no ratinho sugerem que em qualquer tipo de célula, 3% a 15% dos genes escapam à inactivação, e que a fuga da identidade do gene varia entre os tecidos.
muitos dos genes que escapam à inactivação estão presentes ao longo de regiões do cromossoma X que, ao contrário da maioria do cromossoma X, contêm genes também presentes no cromossoma Y. Estas regiões são denominadas regiões pseudoautossômicas, pois indivíduos de ambos os sexos receberão duas cópias de cada gene nessas regiões (como um autossoma), ao contrário da maioria dos genes ao longo dos cromossomos sexuais. Uma vez que indivíduos de ambos os sexos receberão duas cópias de cada gene em uma região pseudoautossômica, nenhuma compensação de dosagem é necessária para as fêmeas, então é postulado que essas regiões de DNA evoluíram mecanismos para escapar X-inactivação. Os genes das regiões pseudoautossômicas do Xi não têm as modificações típicas do Xi e têm pouca ligação ao RNA Xist.
a existência de genes ao longo do inactivo X que não são silenciados explica os defeitos no ser humano com números anormais do cromossoma X, tais como síndrome de Turner (X0) ou síndrome de Klinefelter (XXY). Teoricamente, a inactivação do X deve eliminar as diferenças na dosagem do gene entre indivíduos afectados e indivíduos com um complemento cromossómico normal. Em indivíduos afetados, no entanto, a inactivação do X é incompleta e a dosagem destes genes não silenciados irá diferir à medida que escapam à inactivação do X, semelhante a uma aneuploidia autossómica.
os mecanismos precisos que controlam a fuga da inactivação por X não são conhecidos, mas as regiões silenciadas e de escape mostraram ter marcas de cromatina distintas. Tem sido sugerido que a fuga da inativação X pode ser mediada pela expressão de longo ARN não codificante (lncRNA) dentro dos domínios cromossômicos escapando.