ciclul activării cromozomului X în rodentsEdit
paragrafele de mai jos au legătură numai cu rozătoarele și nu reflectă XI la majoritatea mamiferelor.Inactivarea X face parte din ciclul de activare al cromozomului X pe tot parcursul vieții feminine. Oul și zigotul fertilizat folosesc inițial transcrieri materne, iar întregul genom embrionar este redus la tăcere până la activarea genomului zigotic. Ulterior, toate celulele de șoarece suferă o inactivare timpurie, imprimată a cromozomului X derivat patern în embrioni în stadiul celular 4-8. Țesuturile extraembrionice (care dau naștere placentei și altor țesuturi care susțin embrionul) păstrează această inactivare imprimată timpuriu și, prin urmare, numai cromozomul X matern este activ în aceste țesuturi.
în blastocistul timpuriu, această inactivare x inițială imprimată este inversată în celulele masei celulare interioare (care dau naștere embrionului), iar în aceste celule ambii cromozomi X devin activi din nou. Fiecare dintre aceste celule inactivează apoi independent și Aleatoriu o copie a cromozomului X. Acest eveniment de inactivare este ireversibil în timpul vieții individului, cu excepția liniei germinale. În linia germinală Feminină înainte de intrarea meiotică, inactivarea X este inversată, astfel încât după meioză toate ovocitele haploide conțin un singur cromozom X activ.
OverviewEdit
Xi marchează inactivul, xa cromozomul X activ. XP denotă paternul,iar XM denotă cromozomul X matern. Când ovulul (care poartă XM), este fertilizat de un spermatozoid (care poartă un Y sau un XP) se formează un zigot diploid. De la zigot, până la stadiul adult, până la următoarea generație de ouă, cromozomul X suferă următoarele modificări:
- XIP XIM zigot xilxqu în curs de activare a genomului zigotic, ceea ce duce la:
- XAP xam xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu xilxu linia embrionară (masa celulară interioară) în stadiul blastocistului, ducând la:
- XIP xam sau XAP XIM XIM xiqx în curs de reactivare X în celulele germinale primordiale înainte de meioză, ceea ce duce la:
- xam XAP celule germinale diploide în stop meiotic. Deoarece meioza I se completează doar cu ovulația, celulele germinale umane există în această etapă din primele săptămâni de dezvoltare până la pubertate. Finalizarea meiozei duce la:
- XaM și XAP celule germinale haploide (ouă).
ciclul de activare X a fost cel mai bine studiat la șoareci, dar există mai multe studii la om. Deoarece majoritatea dovezilor provin de la șoareci, schema de mai sus reprezintă evenimentele la șoareci. Finalizarea meiozei este simplificată aici pentru claritate. Etapele 1-4 pot fi studiate în embrioni fertilizați in vitro și în diferențierea celulelor stem; reactivarea X se întâmplă în embrionul în curs de dezvoltare și etapele ulterioare (6-7) în interiorul corpului feminin, deci mult mai greu de studiat.
TimingEdit
calendarul fiecărui proces depinde de specie și, în multe cazuri, timpul precis este dezbătut activ.
| 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 | x-inactivare aleatorie în linia embrionară (masa celulară internă) | stadiul blastocistului tardiv | stadiul blastocistului tardiv, după implantare |
| 5 | reactivarea X în celulele germinale primordiale înainte de meioză | înainte de săptămâna 4 de dezvoltare până în săptămâna 14 |
moștenirea stării de inactivare a generațiilor de celuleedit
descendenții fiecărei celule care a inactivat un anumit cromozom X vor inactiva, de asemenea, același cromozom. Acest fenomen, care poate fi observat în colorarea pisicilor cu coajă de broască țestoasă atunci când femelele sunt heterozigote pentru gena legată de X, nu trebuie confundat cu mozaicismul, care este un termen care se referă în mod specific la diferențele în genotipul diferitelor populații celulare la același individ; inactivarea X, care este o schimbare epigenetică care are ca rezultat un fenotip diferit, nu este o schimbare la nivel genotipic. Pentru o celulă individuală sau descendență, inactivarea este, prin urmare, înclinată sau ‘non-aleatorie’, iar acest lucru poate da naștere unor simptome ușoare la femeile purtătoare de tulburări genetice legate de X.
selectarea unui cromozom X activ
femelele normale posedă doi cromozomi X, iar în orice celulă dată un cromozom va fi activ (desemnat ca Xa) și unul va fi inactiv (Xi). Cu toate acestea, studiile efectuate pe indivizi cu copii suplimentare ale cromozomului X arată că în celulele cu mai mult de doi cromozomi X există încă un singur Xa, iar toți cromozomii X rămași sunt inactivați. Aceasta indică faptul că starea implicită a cromozomului X la femei este inactivarea, dar un cromozom X este întotdeauna selectat pentru a rămâne activ.
se înțelege că inactivarea cromozomului X este un proces aleatoriu, care apare la aproximativ momentul gastrulării în epiblast (celule care vor da naștere embrionului). Cromozomii X materni și paterni au o probabilitate egală de inactivare. Acest lucru ar sugera că femeile ar fi de așteptat să sufere de tulburări legate de X aproximativ 50% la fel de des ca bărbații (deoarece femeile au doi cromozomi X, în timp ce bărbații au doar unul); cu toate acestea, în realitate, apariția acestor tulburări la femei este mult mai mică decât atât. O explicație pentru această disparitate este că 12-20% din genele de pe cromozomul X inactivat rămân exprimate, oferind astfel femeilor o protecție suplimentară împotriva genelor defecte codificate de cromozomul X. Unii sugerează că această disparitate trebuie să fie o dovadă a inactivării preferențiale (non-aleatoare). Inactivarea preferențială a cromozomului X patern apare atât la marsupiale, cât și la liniile celulare care formează membranele din jurul embrionului, în timp ce la mamiferele placentare, fie cromozomul X derivat matern, fie patern, poate fi inactivat în diferite linii celulare.
perioada de timp pentru inactivarea cromozomului X explică această disparitate. Inactivarea are loc în epiblast în timpul gastrulării, ceea ce dă naștere embrionului. Inactivarea are loc la nivel celular, rezultând o expresie mozaică, în care patch-urile de celule au un cromozom X matern inactiv, în timp ce alte patch-uri au un cromozom X patern inactiv. De exemplu, o femeie heterozigotă pentru hemofilie (o boală legată de X) ar avea aproximativ jumătate din celulele hepatice care funcționează corect, ceea ce este de obicei suficient pentru a asigura coagularea normală a sângelui. Șansa ar putea duce la celule semnificativ mai disfuncționale; cu toate acestea, astfel de extreme statistice sunt puțin probabile. Diferențele genetice pe cromozom pot face, de asemenea, un cromozom X mai probabil să sufere inactivare. De asemenea, dacă un cromozom X are o mutație care îi împiedică creșterea sau îl face neviabil, celulele care au inactivat aleatoriu acel X vor avea un avantaj selectiv față de celulele care au inactivat aleatoriu alela normală. Astfel, deși inactivarea este inițial aleatorie, celulele care inactivează o alelă normală (lăsând alela mutantă activă) vor fi în cele din urmă supraaglomerate și înlocuite cu celule funcționale normale în care aproape toate au același cromozom X activat.
se presupune că există un ‘factor de blocare’ codificat autosomal care se leagă de cromozomul X și previne inactivarea acestuia. Modelul postulează că există un factor de blocare limitativ, astfel încât odată ce molecula factorului de blocare disponibil se leagă de un cromozom X, cromozomul(cromozomii) X rămași nu sunt protejați de inactivare. Acest model este susținut de existența unui singur Xa în celule cu mulți cromozomi X și de existența a doi cromozomi X activi în linii celulare cu un număr dublu de autozomi normali.
secvențele de la Centrul de inactivare X (XIC), prezente pe cromozomul X, controlează tăcerea cromozomului X. Se preconizează că factorul de blocare ipotetic se va lega de secvențele din cadrul XIC.
expresia tulburărilor legate de X la femeile heterozigote
efectul heterozigozității X feminine este evident în unele trăsături localizate, cum ar fi modelul unic de blană al unei pisici calico. Cu toate acestea, poate fi mai dificil să înțelegem pe deplin expresia trăsăturilor nelocalizate la aceste femei, cum ar fi expresia bolii.
deoarece masculii au doar o copie a cromozomului X, toate genele x-cromozomiale exprimate (sau alele, în cazul formelor variate multiple pentru o anumită genă din populație) sunt localizate pe acea copie a cromozomului. Cu toate acestea, femelele vor exprima în primul rând genele sau alelele situate pe copia cromozomială X care rămâne activă. Având în vedere situația pentru o genă sau mai multe gene care cauzează diferențe individuale într-un anumit fenotip (adică, provocând variații observate în populație pentru acel fenotip), la femelele homozigote nu contează în mod special ce copie a cromozomului este inactivată, deoarece alelele de pe ambele copii sunt aceleași. Cu toate acestea, la femelele care sunt heterozigote la genele cauzale, inactivarea unei copii a cromozomului față de cealaltă poate avea un impact direct asupra valorii lor fenotipice. Din cauza acestui fenomen, se observă o creștere a variației fenotipice la femelele care sunt heterozigote la gena sau genele implicate decât la femelele care sunt homozigote la acea genă sau la acele gene. Există multe moduri diferite în care variația fenotipică poate juca. În multe cazuri, femelele heterozigote pot fi asimptomatice sau pot prezenta doar simptome minore ale unei tulburări date, cum ar fi adrenoleucodistrofia legată de X.
diferențierea fenotipului la femelele heterozigote este susținută de prezența distorsiunii x-inactivării. De obicei, fiecare cromozom X este redus la tăcere în jumătate din celule, dar acest proces este înclinat atunci când apare inactivarea preferențială a unui cromozom. Se crede că înclinarea se întâmplă fie întâmplător, fie printr-o caracteristică fizică a unui cromozom care poate determina reducerea acestuia la tăcere mai mult sau mai puțin frecvent, cum ar fi o mutație nefavorabilă.
în medie, fiecare cromozom X este inactivat în jumătate din celule, cu toate acestea, 5-20% dintre femeile „aparent normale” prezintă o înclinare a inactivării X. În cazurile în care este prezentă o înclinare, poate apărea o gamă largă de expresii ale simptomelor, rezultând o expresie care variază de la minor la sever, în funcție de proporția de înclinare. Un caz extrem de acest lucru a fost văzut în cazul în care gemenii monozigoți de sex feminin au avut o variație extremă în exprimarea bolii Menkes (o tulburare legată de X) care a dus la moartea unui geamăn, în timp ce celălalt a rămas asimptomatic.
se crede că distorsionarea inactivării X ar putea fi cauzată de probleme în mecanismul care provoacă inactivarea sau de probleme în cromozomul însuși. Cu toate acestea, legătura dintre fenotip și înclinare este încă pusă la îndoială și ar trebui examinată de la caz la caz. Un studiu care a analizat atât femeile simptomatice, cât și cele asimptomatice, care au fost heterozigote pentru distrofiile musculare Duchenne și Becker (DMD), nu a găsit nicio legătură aparentă între expresia transcripției și inactivarea x înclinată. Studiul sugerează că ambele mecanisme sunt reglementate independent și există alți factori necunoscuți în joc.
componenta cromozomială
Centrul de inactivare X (sau pur și simplu XIC) pe cromozomul X este necesar și suficient pentru a provoca inactivarea X. Translocațiile cromozomiale care plasează XIC pe un Autozom duc la inactivarea autozomului, iar cromozomii X lipsiți de XIC nu sunt inactivați.
XIC conține patru gene ARN netraduse, Xist, Tsix, Jpx și Ftx, care sunt implicate în inactivarea X. XIC conține, de asemenea, situsuri de legare atât pentru proteinele reglatoare cunoscute, cât și pentru cele necunoscute.
Xist și Tsix RNAsEdit
gena x-inactive specific transcript (Xist) codifică un ARN mare necodificator care este responsabil pentru medierea tăcerii specifice a cromozomului X din care este transcris. Cromozomul X inactiv este acoperit de ARN Xist, în timp ce Xa nu este (vezi figura din dreapta). Cromozomii X cărora le lipsește gena Xist nu pot fi inactivați. Plasarea și exprimarea artificială a genei Xist pe un alt cromozom duce la tăcerea acelui cromozom.
înainte de inactivare, ambii cromozomi X exprimă slab ARN Xist din gena Xist. În timpul procesului de inactivare, viitorul Xa încetează să exprime Xist, în timp ce viitorul Xi crește dramatic producția de ARN Xist. Pe viitorul Xi, ARN-ul Xist acoperă progresiv cromozomul, răspândindu-se din XIC; ARN-ul Xist nu se localizează la Xa. Tăcerea genelor de-a lungul Xi are loc la scurt timp după acoperirea cu ARN Xist.
la fel ca Xist, Gena Tsix codifică un ARN mare despre care nu se crede că codifică o proteină. ARN-ul Tsix este transcris antisens la Xist, ceea ce înseamnă că gena Tsix se suprapune genei Xist și este transcrisă pe firul opus al ADN-ului din gena Xist. Tsix este un regulator negativ al Xist; cromozomii X lipsiți de expresia Tsix (și astfel având niveluri ridicate de transcriere Xist) sunt inactivați mult mai frecvent decât cromozomii normali.
ca Xist, înainte de inactivare, ambii cromozomi X exprimă slab ARN Tsix din gena Tsix. La debutul inactivării X, viitorul Xi încetează să exprime ARN Tsix (și crește expresia Xist), în timp ce Xa continuă să exprime Tsix timp de câteva zile.
Rep A este un ARN lung care nu codifică, care funcționează cu un alt ARN lung care nu codifică, Xist, pentru inactivarea X. Rep a inhibă funcția Tsix, antisensul Xist, împreună cu eliminarea expresiei Xite. Promovează metilarea regiunii Tsix prin atragerea PRC2 și astfel inactivarea unuia dintre cromozomii X.
SilencingEdit
cromozomul X inactiv nu exprimă majoritatea genelor sale, spre deosebire de cromozomul X activ. Acest lucru se datorează tăcerii Xi de către heterocromatina represivă, care compactează ADN-ul Xi și împiedică exprimarea majorității genelor.
comparativ cu Xa, Xi are niveluri ridicate de metilare a ADN-ului, niveluri scăzute de acetilare a histonei, niveluri scăzute de histonă H3 lizină-4 metilare și niveluri ridicate de histonă H3 lizină-9 metilare și H3 lizină-27 marca de metilare care este plasată de complexul PRC2 recrutat de Xist, toate acestea fiind asociate cu reducerea la tăcere a genelor. PRC2 reglează compactarea cromatinei și remodelarea cromatinei în mai multe procese, inclusiv răspunsul la deteriorarea ADN-ului. În plus, o variantă histonică numită macroH2A (H2AFY) se găsește exclusiv pe nucleozomi de-a lungul Xi.
Barr bodiesEdit
ADN-ul ambalat în heterocromatină, cum ar fi Xi, este mai condensat decât ADN-ul ambalat în EUCHROMATINĂ, cum ar fi Xa. X inactiv formează un corp discret în nucleu numit corp Barr. Corpul Barr este în general situat la periferia nucleului, se reproduce târziu în ciclul celular și, deoarece conține Xi, conține modificări heterocromatină și ARN Xist.
genele exprimate pe cromozomul X inactiv
o fracțiune din genele de-a lungul inactivării cromozomului X scapă pe Xi. gena Xist este exprimată la niveluri ridicate pe Xi și nu este exprimată pe Xa. Multe alte gene scapă de inactivare; unele sunt exprimate în mod egal din Xa și Xi, iar altele, în timp ce sunt exprimate din ambii cromozomi, sunt încă exprimate predominant din Xa. Până la un sfert din genele de pe Xi uman sunt capabile să scape. Studiile efectuate la șoarece sugerează că, în orice tip de celulă dat, 3% până la 15% din gene scapă de inactivare și că identitatea genică care scapă variază între țesuturi.
multe dintre genele care scapă de inactivare sunt prezente de-a lungul regiunilor cromozomului X care, spre deosebire de majoritatea cromozomului X, conțin gene prezente și pe cromozomul Y. Aceste regiuni sunt denumite regiuni pseudoautozomale, deoarece indivizii de ambele sexe vor primi două copii ale fiecărei gene din aceste regiuni (ca un Autozom), spre deosebire de majoritatea genelor de-a lungul cromozomilor sexuali. Deoarece indivizii de ambele sexe vor primi două copii ale fiecărei gene într-o regiune pseudoautozomală, nu este necesară compensarea dozei pentru femei, așa că se postulează că aceste regiuni ale ADN-ului au evoluat mecanisme pentru a scăpa de inactivarea X. Genele regiunilor pseudoautosomale ale Xi nu au modificările tipice ale Xi și au puțin ARN Xist legat.
existența genelor de-a lungul inactivului X care nu sunt reduse la tăcere explică defectele la om cu un număr anormal de cromozom X, cum ar fi sindromul Turner (X0) sau sindromul Klinefelter (XXY). Teoretic, inactivarea X ar trebui să elimine diferențele de dozare a genelor între indivizii afectați și indivizii cu un complement cromozomial normal. Cu toate acestea, la persoanele afectate, inactivarea X este incompletă, iar doza acestor gene care nu sunt tăcute va diferi pe măsură ce scapă de inactivarea X, similar cu o aneuploidie autozomală.
mecanismele precise care controlează evadarea din inactivarea X nu sunt cunoscute, dar s-a demonstrat că regiunile reduse la tăcere și de evacuare au urme distincte de cromatină. S-a sugerat că evadarea din inactivarea X ar putea fi mediată prin exprimarea ARN-ului necodificator lung (lncRNA) în domeniile cromozomiale care scapă.