Iniciacija X-aktivacije pri miših in drugih sesalcih

From Wiki FKKT

Jump to: navigation, search

Inaktivacija kromosoma X, imenovana tudi lionizacija, je proces, pri katerem se eden od dveh kromosomov X naključno inaktivira, zato, da se zagotovi enaka količina X-vezanih genov kot pri osebah z le enim kromosomom X. Neaktiven kromosom X (Xi) se imenuje tudi Barrovo telesce in je utišan zaradi kondenzacije 85% genetskega materiala v heterokromatin. Inaktivacija poteče že v stanju zgodnje embriogeneze, sproži pa jo Xist (angl. X inactive specific transcript), ki popolnoma prekrije X kromosom. Njegovo komplementarno zaporedje je Tsix, zaporedje RNA, ki ima obratno funkcijo – med inaktivacijo prekrije drugi kromosom X, da le-ta ostane aktiven. Proces lahko razdelimo na 3 stopnje - štetje, izbira, vtisnjenje, vse skupaj pa regulira X-inaktivacijski center (Xic). Približno 15% genov inaktivaciji uide (npr. geni iz PAR regij).

Contents

Gen Xist

Xist je RNA gen na X-kromosomu placentalnih sesalcev in je glavni efektor procesa inaktivacije kromosoma X. Je komponenta X-inaktivacijskega centra (Xic), skupaj s še dvema drugima RNA genoma Jpx in Ftx ter dvema genoma za proteine. Gre za cis-izraženo 17 kb dolgo poliadenilirano nekodirajočo RNA, ki služi kot kalup za nadaljnje modifikacije – deacetilacija histonov H3 in H4, metilacija H3 in DNA na CpG otočkih, akumulacija. Njegov transkript je izražen na neaktivnem kromosomu in ne na aktivnem. Način procesiranja je zelo podoben mRNA, vključno s »splicing-om« in poliadenilacijo. Vendar ostaja nepreveden, saj ne kodira za protein.

Razvojno obdobje zigote po oploditvi

Na kratko si še osvežimo spomin, kako se razvija celica po oploditvi, da bomo lažje sledili seminarju. Po združitvi jajčeca in spermija nastane diploidna zigota, ki se začne intenzivno deliti, vendar ne raste. Najprej nastaneta dve hčerinski celici, zatem štiri in tako naprej, dokler ne dobimo morule. Morula je zarodek v zgodnji fazi, sestavljen iz celic imenovanih blastomere znotraj ovojnice jajčne celice. Razlika med morulo in blastocisto je v tem, da je morula (3-4 dni po oploditvi) skupek osmih celic v obliki krogle, medtem ko ima blastocista (4-5 dni po oploditvi) votlino v jajčni ovojnici skupaj z znotrajcelično maso (ICM, angl. inner cell mass).

Iniciacija inaktivacije kromosoma X

Samice vseh sesalcev (XX) uravnavajo doziranje genov X glede na samce (XY) z inaktivacijo enega od njihovih kromosomov X v vsaki celici. X kromosomski center inaktivacije vsebuje več genetskih elementov bistvenih za začetek (iniciacijo) transkripcije dolgih, nekodirajočih RNA-z, ki so vključene v inaktivacijo. Začetek inaktivacije X zahteva kopičenje neprevedenih človeških Xist RNA, ki prekrivajo X kromosom. Temu sledijo različne epigenetske spremembne na bodočem neaktivnem X kromosomu, ki prispevajo k utišanju kromosoma.

Pri miših

Večina raziskav o inaktivaciji v zgodnjem razvoju sesalcev je potekala na miših, saj so v njih lahko potekale podrobne analize. Izkazalo se je, da se inaktivacija pri glodavcih razlikuje od inaktivacije pri človeku, zajcu in kravi. Iniciacijo XCI (angl. X chromosome inactivation) pri miših lahko spremljamo od stopnje, ko se v zigoti izoblikujeta dve celici, medtem ko tega pri ostalih sesalcih ne moremo. Pomembna je tudi naključnost XCI, torej kateri od obeh kromosomov X se bo inaktiviral – tisti, ki ga je organizem dobil od očeta ali od matere. Ker je v času, ko pride do naključne inaktivacije prisotno tako majhno število celic, lahko neenakomerno porazdelitev – ali se je inaktiviral očetov kromosom X ali materin v somatskih tkivih – izračunamo. Pri inaktivaciji kromosoma X v miših pride do dveh oblik XCI – naključne in vtisnjene. Ryon in Lastan sta predvidevala, da je materinemu kromosomu X vtisnjeno, da ostane aktiven, kar se kasneje izbriše, da se zagotovi naključna inaktivacija. Monk in McLaren pa sta zaključila, da je očetov kromosom X bolj nagnjen k inaktivaciji, saj je bil inaktiven že med spermatogenezo. Sprva torej pride do vtisnjenja očetovega kromosoma X v zarodku miši, ki še ni umeščen v steno maternice. Očetov alel Xist je uravnavan z maternim X-vezanim aktivatorjem E3 ubikvitin protein ligaza (Ubr2), medtem pa je materin kromosom X zaščiten z represivnim Xist vtisom - Tsix. Z raznimi analizami so ugotovili, da je količina izražanja Xist gena v miših zelo nizka oziroma komaj zaznavna pred X-inaktivacijo v celicah obeh spolov, ter da je ta količina močno povišana v celicah ženskega spola po inaktivaciji. Očetov kromosom X ostaja neaktiven, dokler se ponovno ne aktivira v znotrajcelični masi, ko je zigota na stopnji blastociste. Takrat se mora iniciacija inaktivicije ponovno pričeti, tako da Xist naključno izbere enega od obeh kromosomov X. Ta inaktivacija je ireverzibilna za celotno življenje celice, hkrati pa to pomeni, da bo vsaka potomka te celice inaktivirala isti kromosom X. Gre torej za naključno inaktivacijo kromosoma X, kar lahko preučujemo in vitro po diferenciaciji v embrionalnih matičnih celicah (ECS, angl. embryonic stem cells), ki jih vzamejo iz ICM pri mišjih samičkah. To je močno pripomoglo k boljšemu razumevanju molekularnega principa inaktivacije kromosoma X, vendar bi bilo potrebno dokazati to še in vivo. Kot zanimivost, lahko inaktivacijo X-kromosoma vidimo na črno-oranžnih mačkah, če so samice heterozigoti za X-vezane gene za črno in oranžno barvo. Ob inaktivaciji enega gena, se dlaka pobarva z barvo, katere gen ni bil inaktiviran. Vendar tu ne govorimo o mozaicizmu, kjer gre za genotipske spremembe. Po naključni iniciaciji inaktivacije, Xist aktivira represivne komplekse, da ti utišajo gene z histonskimi modifikacijami, metilacijami DNA na CpG otočkih in spremembami časa replikacije. Pomagajo tudi različni dodatni proteini, kot ja na primer SMCHD1, da nastane kondenziran, neaktivni predel.

Pri človeku in drugih sesalcih

Kot je bilo že omenjeno, obstajata dve različni obliki inaktivacije kromosoma X - naključna in vtisnjena. Pri človeku in drugih sesalcih inaktivacija kromosoma X ni vtisnjena, ampak je izražena iz vseh X-kromosomov pri moških in pri ženskah na stopnji 4-8 celic (blastula). Presenetljivo je tudi, da pri nekaterih celicah Xist RNA prekriva oba kromosoma X v zgodnji blastocisti na primer pri zajcu, kar pa se hitro razreši, saj ima večina celic v stopnji pozne blastociste inaktiviran samo en kromosom X. Pri človeku sta lahko v nekaterih primerih aktivna oba kromosoma X, kljub temu, da je prisotna Xist RNA. Med vrstami sesalcev so specifične razlike v izražanju vzorcev proteina OCT4 (angl. octamer binding protein), ki deluje kot respresor Xist. Pri vrstah sesalcev z zakasnjenim časom implantacije (zajci, opice, ljudje), se kaže ekspresija OCT4 v tropoblastu (to so celice, ki tvorijo zunanjo plast blastociste in zagotavljajo hranilne snovi za zarodek) in v embrioblastu , in s tem omogočajo nadaljno širitev teh plasti. Pri vrstah z hitro implantacijo (na primer pri miših) pa ni izražanja OCT4 v tropoblastu. Ti so tako končne celice, prilagojene neposredni implantaciji. Naključna inaktivacija pri zajcih in človeku predstavlja proces, ki je sprožen z X-kodiranimi aktivatorji kot je npr. RLIM, ki mu sledi izbor celic z enim aktivnim X-kromosomom , ne pa tistih z nobenim ali obema aktivnima X-kromosomoma. Zanimivo je, da je ta naključni način inaktivacije kromosoma X možno opaziti tudi pri miškah, vendar je prepočasen, da bi ustrezal hitremu razvoju zunanjih embrionalnih tkiv pri njih. Obstaja še drug IncRNA (angl. long non-coding RNA) - XACT (angl. X active specific transcript), ki prekriva aktivni X-kromosom v človeških embrionalnih matičnih celicah, ne pa tudi v mišjih, kar nam kaže na specifično vlogo XCI pri obeh vrstah. Nepopolna naključna inaktivacija je lahko starodavni kompenzacijski mehanizem, prilagojen naključni monoalelni ekspresiji. Pri vrečarjih, kjer je X-kromosom homologen X-ohranjeni regiji (XCR, angl. X conserved region) pri placentalnih sesalcih, vendar nima X-dodane regije (XAR, angl. X added region), je inaktivacija kromosoma X očetovsko vtisnjena. Najbolj presenetljivo je, da gen Xist ne obstaja pri vrečarjih, vendar je bilo dokazano, da pa imajo specifični lncRNA RSX (angl. RNA-on-the-silent X) gen, ki ima podobne lastnosti kot Xist. Ta ugotovitev kaže na veliko raznolikost utišanja genov pri sesalcih. Torej če povzamemo. Razni regulatorni mehanizmi, ki sodelujejo pri inaktivaciji kromosoma X, se lahko hitro prilagodijo na specifike v embrionalnem razvoju posamezne vrste sesalcev. Rečemo lahko, da je inaktivacija kromosoma X pri miših bolj popolna kot pri človeku.

Viri

Personal tools