X-inaktivacija

X-inaktivacija, zvana lajonizacija, ponegdje i lionizacija, prema engleskoj genetičarki Mary Lyon) je postupak kojim se jedna od kopija X hromosoma inaktivira kod terijskih ženki sisara. Neaktivni hromosom X se utišava spakiranjem u transkripcijski neaktivnu strukturu zvanu heterohromatin. Kako gotovo svi ženski sisari imaju dva X hromosoma, X-inaktivacija im sprečava da imaju dvostruko više X-hromosomskih genskih proizvoda od mužjaka, koji imaju samo jednu kopiju X hromosoma . Izbor X X hromozoma koji će se inaktivirati slučajan je kod placentnih sisara kao što su ljudi, ali nakon što se X hromozom inaktivira, on će ostati neaktivan tokom života ćelije i njenih potomaka u organizmu (njegova ćelijska linija). Obično se javlja X-inaktivacija koja je neravnomjerno raspoređena po ćelijskim linijama unutar jednog organizma (slučajna X-inaktivacija.

Jedro u ćeliji žene: Vrh – oba X-hromosoma, otkrivana putem fluorescencentne hibridizacije *in situ*; Dno: Isto jedro nakon tretmana bojom za DNK (DAPI). Barrovo tijelo označeno je strelicom i identificira neaktivne X (Xi).

Snimak pod konfokalnim mikroskopom kombiniranog eksperimenta RNK-DNK fluorescencijentne hibridizacije *in situ* za Xist u ćelijama fibroblasta odraslih ženki miša, pokazujući da Xist RNK prekriva samo jedan od X-hromosoma. FISH signali RNK iz Xist RNK prikazani su crvenom bojom, označavajući neaktivni X-hromosom (Xi). FISH signali DNK iz Xist lokusa prikazani su žutom bojom, označavajući i aktivne i neaktivne X-hromosome (Xa, Xi). Jedro (DAPI-obojeno) prikazano je plavom bojom.

Za razliku od slučajne X-inaktivacije kod sisara sa posteljicOM, inaktivacija kod marsupialia odnosi se isključivo na X hromosom očinskog porijekla.

Mehanizam

Ciklus aktivacije X-hromosoma u glodara

Donji odjeljci imaju veze samo s glodarima i ne odražavaju XI kod većine sisara. X-inaktivacija je dio aktivacijskog ciklusa X hromozoma tokom života ženki. Jaje i oplođeni zigot u početku koriste majčinske transkripte, a cijeli embrijski genom se utišava sve dok se zigotskni genom ne aktivira. Nakon toga, sve mišje ćelije prolaze kroz ranu, inprintišku inaktivaciju očinskog X hromosoma u 4–8 ćelijskih faza embriona.^[1]^[2]^[3]^[4] Ekrateembrionsko tkivo (koje stvara placentu i druga tkiva koja podržavaju embrion) zadržavaju ovu rano utisnutu inaktivaciju, pa je u tim tkivima aktivan samo majčin X-hromosom.

U ranoj blastocisti, ova početna, utisnuta X-inaktivacija obrnuta je u ćelijama unutrašnje ćelijske mase (koje stvaraju embrion) i u tim ćelijama oba X hromozoma ponovo postaju aktivna. Svaka od ovih ćelija zatim nezavisno i nasumično inaktivira jednu kopiju X hromozoma. Ovaj događaj inaktivacije je nepovratan tokom života jedinke, sa izuzetkom zametne linije. U klicama ženki, prije ulask au mejozu, X-inaktivacija je obrnuta, tako da nakon mejoze svi haploidni oociti sadrže jedan aktivni X hromosom.

Pregled

Xi označava neaktivni, Xa aktivni X hromosom. X^P označava očinski, a X^M označava X-hromoom po majci. Kada je jajna ćelija (koja nosi X^M) oplođena spermom (koja nosi Y ili X^P) sastaju diploidni oblici zigota. Od zigota, preko odrasle faze, do sljedeće generacije jajašaca, X hromosom prolazi kroz sljedeće promjene:

Xi^P Xi^M zigot → prolazi aktiviranje zigotskog genoma, što dovodi do:
Xa^P Xa^M → prolazi kroz imprinting (očeve) X-inaktivacije, što vodi u:
Xi^P Xa^M → X-aktivaciju u stadiju ranih blastocista stage, što vodi u:
Xa^P Xa^M → sličajnu X-inaktivaciju u embrionskoj lozi (unutrašnje ćelijske mase) u stadiju blastocita, pa u:
Xi^P Xa^M ili Xa^P Xi^M → X-reaktivaciju u primordijalne klice prije mejoze, što dovodi do:
Xa^M Xa^P diploidne germ-ćelije u mejozi. Kako mejozu koju upotpunjava samo sa ovulacijom, ljudske zametne ćelije postoje u ovoj fazi od prvih sedmica razvoja do puberteta. Završetak mejoze dovodi do:
Xa ^M i Xa^P haploidne zametne ćelije (jajašca).

X-aktivacijski ciklus najbolje je proučavan na miševima, ali postoji više studija na ljudima. Kako većina dokaza dolazi od miševa, gornja shema predstavlja događaje kod miševa. Završetak mejoze ovdje je pojednostavljen radi jasnosti. Koraci 1–4 mogu se proučavati u in vitro oplođenim embrionima i u razlikovanju matičnih ćelija; X-reaktivacija se dešava u embrionu u razvoju, a sljedeći (6-7) koraci unutar ženskog tijela, stoga su mnogo teži za proučavanje.

Vremenski slijed

Tajming svakog postupka ovisi o vrsti i u mnogim slučajevima aktivno se raspravlja o tačnom vremenu.

Približni redoslijed glavnih događaja u ciklusu aktivacije X hromosoma
	Proces	Miš	H
1	Aktivacija zigotnog genoma	Stadij 2–4 čelije^[5]	Stadij 2–8 ćelija^[5]
2	Imprinting (očeve) X-inaktivacije	Stadij 4–8 ćelija^[4]^[6]	Nejasno da li se odvija kod ljudi^[7]
3	X-aktivacija	Stadij ranog blastocista	Stadij ranog blastocista
4	Slučajna X-inaktivacija u embrioskoj lozi (unutrašnja ćelijska masa=	Stadij kasnoh blastocista	Stadij kasnoh blastocista, nakom implantacije^[7]
5	X-reaktivacija u primordijalnim klicama prije mejoze		Od 4. do 14. sedmice razvoja^[8]^[9]

Također pogledajte

Reference

^ Takagi N, Sasaki M (august 1975). "Preferential inactivation of the paternally derived X chromosome in the extra embryonic membranes of the mouse". Nature. 256 (5519): 640–2. Bibcode:1975Natur.256..640T. doi:10.1038/256640a0. PMID 1152998.
^ Cheng MK, Disteche CM (august 2004). "Silence of the fathers: early X inactivation". BioEssays. 26 (8): 821–4. doi:10.1002/bies.20082. PMID 15273983.^{[mrtav link]}
^ Okamoto I, Otte AP, Allis CD, Reinberg D, Heard E (januar 2004). "Epigenetic dynamics of imprinted X inactivation during early mouse development". Science. 303 (5658): 644–9. Bibcode:2004Sci...303..644O. doi:10.1126/science.1092727. PMID 14671313.
^ ^a ^b Deng Q, Ramsköld D, Reinius B, Sandberg R (januar 2014). "Single-cell RNA-seq reveals dynamic, random monoallelic gene expression in mammalian cells". Science. 343 (6167): 193–6. Bibcode:2014Sci...343..193D. doi:10.1126/science.1245316. PMID 24408435.
^ ^a ^b Xue Z, Huang K, Cai C, Cai L, Jiang CY, Feng Y, Liu Z, Zeng Q, Cheng L, Sun YE, Liu JY, Horvath S, Fan G (august 2013). "Genetic programs in human and mouse early embryos revealed by single-cell RNA sequencing". Nature (jezik: engleski). 500 (7464): 593–7. Bibcode:2013Natur.500..593X. doi:10.1038/nature12364. PMC 4950944. PMID 23892778.
^ Borensztein M, Syx L, Ancelin K, Diabangouaya P, Picard C, Liu T, Liang JB, Vassilev I, Galupa R, Servant N, Barillot E, Surani A, Chen CJ, Heard E (mart 2017). "Xist-dependent imprinted X inactivation and the early developmental consequences of its failure". Nature Structural & Molecular Biology (jezik: engleski). 24 (3): 226–233. doi:10.1038/nsmb.3365. PMC 5337400. PMID 28134930.
^ ^a ^b Deng X, Berletch JB, Nguyen DK, Disteche CM (juni 2014). "X chromosome regulation: diverse patterns in development, tissues and disease". Nature Reviews. Genetics (jezik: engleski). 15 (6): 367–78. doi:10.1038/nrg3687. PMC 4117651. PMID 24733023.
^ Vértesy Á, Arindrarto W, Roost MS, Reinius B, Torrens-Juaneda V, Bialecka M, et al. (maj 2018). "Parental haplotype-specific single-cell transcriptomics reveal incomplete epigenetic reprogramming in human female germ cells". Nature Communications (jezik: engleski). 9 (1): 1873. Bibcode:2018NatCo...9.1873V. doi:10.1038/s41467-018-04215-7. PMC 5951918. PMID 29760424.
^ Guo F, Yan L, Guo H, Li L, Hu B, Zhao Y, et al. (juni 2015). "The Transcriptome and DNA Methylome Landscapes of Human Primordial Germ Cells". Cell. 161 (6): 1437–52. doi:10.1016/j.cell.2015.05.015. PMID 26046443.

Dopunska literatura

Huynh KD, Lee JT (maj 2005). "X-chromosome inactivation: a hypothesis linking ontogeny and phylogeny". Nature Reviews. Genetics. 6 (5): 410–8. doi:10.1038/nrg1604. PMID 15818384.
Goto T, Monk M (juni 1998). "Regulation of X-chromosome inactivation in development in mice and humans" (Review Article). Microbiology and Molecular Biology Reviews. 62 (2): 362–78. doi:10.1128/MMBR.62.2.362-378.1998. PMC 98919. PMID 9618446.
Lyon MF (decembar 2003). "The Lyon and the LINE hypothesis". Seminars in Cell & Developmental Biology (Review Article). 14 (6): 313–8. doi:10.1016/j.semcdb.2003.09.015. PMID 15015738.
Ng K, Pullirsch D, Leeb M, Wutz A (januar 2007). "Xist and the order of silencing" (Review Article). EMBO Reports. 8 (1): 34–9. doi:10.1038/sj.embor.7400871. PMC 1796754. PMID 17203100.
Cerase A, Pintacuda G, Tattermusch A, Avner P (august 2015). "Xist localization and function: new insights from multiple levels". Genome Biology. 16: 166. doi:10.1186/s13059-015-0733-y. PMC 4539689. PMID 26282267.

Vanjski linkovi

Commons logo

Commons ima datoteke na temu: X-inaktivacija

Kruszelnicki, Karl (11. 2. 2004). "Hybrid Auto-Immune Women 3". ABC Science.

[1] Takagi N, Sasaki M (august 1975). "Preferential inactivation of the paternally derived X chromosome in the extra embryonic membranes of the mouse". Nature. 256 (5519): 640–2. Bibcode:1975Natur.256..640T. doi:10.1038/256640a0. PMID 1152998.

[2] Cheng MK, Disteche CM (august 2004). "Silence of the fathers: early X inactivation". BioEssays. 26 (8): 821–4. doi:10.1002/bies.20082. PMID 15273983.^{[mrtav link]}

[okamoto-3] Okamoto I, Otte AP, Allis CD, Reinberg D, Heard E (januar 2004). "Epigenetic dynamics of imprinted X inactivation during early mouse development". Science. 303 (5658): 644–9. Bibcode:2004Sci...303..644O. doi:10.1126/science.1092727. PMID 14671313.

[:2-4] Deng Q, Ramsköld D, Reinius B, Sandberg R (januar 2014). "Single-cell RNA-seq reveals dynamic, random monoallelic gene expression in mammalian cells". Science. 343 (6167): 193–6. Bibcode:2014Sci...343..193D. doi:10.1126/science.1245316. PMID 24408435.

[:4-5] Xue Z, Huang K, Cai C, Cai L, Jiang CY, Feng Y, Liu Z, Zeng Q, Cheng L, Sun YE, Liu JY, Horvath S, Fan G (august 2013). "Genetic programs in human and mouse early embryos revealed by single-cell RNA sequencing". Nature (jezik: engleski). 500 (7464): 593–7. Bibcode:2013Natur.500..593X. doi:10.1038/nature12364. PMC 4950944. PMID 23892778.

[:3-6] Borensztein M, Syx L, Ancelin K, Diabangouaya P, Picard C, Liu T, Liang JB, Vassilev I, Galupa R, Servant N, Barillot E, Surani A, Chen CJ, Heard E (mart 2017). "Xist-dependent imprinted X inactivation and the early developmental consequences of its failure". Nature Structural & Molecular Biology (jezik: engleski). 24 (3): 226–233. doi:10.1038/nsmb.3365. PMC 5337400. PMID 28134930.

[:5-7] Deng X, Berletch JB, Nguyen DK, Disteche CM (juni 2014). "X chromosome regulation: diverse patterns in development, tissues and disease". Nature Reviews. Genetics (jezik: engleski). 15 (6): 367–78. doi:10.1038/nrg3687. PMC 4117651. PMID 24733023.

[8] Vértesy Á, Arindrarto W, Roost MS, Reinius B, Torrens-Juaneda V, Bialecka M, et al. (maj 2018). "Parental haplotype-specific single-cell transcriptomics reveal incomplete epigenetic reprogramming in human female germ cells". Nature Communications (jezik: engleski). 9 (1): 1873. Bibcode:2018NatCo...9.1873V. doi:10.1038/s41467-018-04215-7. PMC 5951918. PMID 29760424.

[9] Guo F, Yan L, Guo H, Li L, Hu B, Zhao Y, et al. (juni 2015). "The Transcriptome and DNA Methylome Landscapes of Human Primordial Germ Cells". Cell. 161 (6): 1437–52. doi:10.1016/j.cell.2015.05.015. PMID 26046443.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]