胡士斌

摘要非編碼RNA Xist介導(dǎo)的X染色體失活是表觀遺傳研究的一個典范,該系統(tǒng)能使一整條染色體變?yōu)楫惾緺顟B(tài)。從Xist與 X染色體計數(shù)、失活的選擇、失活的起始和失活的維持等方面綜述了其分子機(jī)制。

關(guān)鍵詞表觀遺傳;非編碼RNA Xist;X染色體;失活;分子機(jī)制

中圖分類號Q343.2+4文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號 1007-5739(2009)14-0351-01

X染色體失活是Barr M L在分析應(yīng)激引起貓神經(jīng)元顯微結(jié)構(gòu)改變時偶然發(fā)現(xiàn)的巴氏小體[1]。Lyon M F在1961年弄清了巴氏小體包含異染色質(zhì)的X染色體,并由此認(rèn)識了失活[2]。Xist介導(dǎo)的X染色體失活是表觀遺傳研究的一個典范,該系統(tǒng)能使一整條染色體變?yōu)楫惾緺顟B(tài)?，F(xiàn)就非編碼RNA Xist調(diào)節(jié)X染色體失活的分子機(jī)制綜述如下。

1Xist與X染色體的計數(shù)

二倍體卵細(xì)胞中存在一種計數(shù)機(jī)制用于感知X染色體的數(shù)量,當(dāng)它的數(shù)量超過1條時,只有一條X染色體上的Xic區(qū)誘導(dǎo)Xist的轉(zhuǎn)錄表達(dá)進(jìn)而使其失活;同時,另一條X染色體被保護(hù)起來。對Xic區(qū)遺傳缺失研究表明,Xist的轉(zhuǎn)錄受Xic區(qū)的正調(diào)控和負(fù)調(diào)控,并且Xist RNA的穩(wěn)定性也影響其量的積累[3]。

利用小鼠ES細(xì)胞基因敲除實驗進(jìn)一步研究Xic區(qū)中不同元件的功能,部分Xist的序列缺失不影響X染色體的計數(shù),這表明對X染色體沉默有重要作用的Xist序列對染色體計數(shù)是非必需的;此外,Xist序列啟動子區(qū)的缺失也不影響細(xì)胞的計數(shù)功能,表明Xist轉(zhuǎn)錄本身對計數(shù)是非必需的[4]。尋找卵細(xì)胞中的感受因子,以及如何介導(dǎo)Xist的轉(zhuǎn)錄表達(dá),可能是X染色體計數(shù)機(jī)制研究的方向之一。

2Xist與X染色體失活的選擇

X染色體的數(shù)量確定以后,卵細(xì)胞即啟動選擇機(jī)制來決定哪條染色體失活。近年用高分辨率的FISH研究證實在X染色體失活的關(guān)鍵時刻,2條染色體緊密接觸[5]。Nico-demi等用熱力學(xué)原理發(fā)現(xiàn)X染色體緊密接觸不久,蛋白栓的組成物質(zhì)開始聚集在2條X染色體的Xic區(qū)周圍,兩團(tuán)蛋白之間開始競爭;其中一個初具模型的蛋白栓勉強(qiáng)獲勝并達(dá)到一個能級——能夠?qū)⑿纬?個栓的所有物質(zhì)聚集為一個蛋白栓;最終的蛋白栓關(guān)閉了其所在X染色體上的Xist基因,維持了這條染色體的活性,另一條X染色體失活[6]。

3Xist與X染色體失活的起始

基于對X染色體的遺傳學(xué)研究,鑒定出位于人Xq13上的一段區(qū)域?qū)σl(fā)X失活是必要的,它因此被稱為X失活中心(X inactivation center,Xic)。通過圖位克隆發(fā)現(xiàn)人的Xist(X i-specific transcript)基因位于Xq13區(qū)帶,并且只在失活的X染色體(Xi)上表達(dá)[7]。Xist基因的產(chǎn)物使非編碼RNA,從Xic處轉(zhuǎn)錄并雙向擴(kuò)散至整個X染色體,導(dǎo)致異染色質(zhì)化[8]。小鼠基因敲除實驗證明Xist是X染色體失活必須的,從而確定了Xist作為關(guān)鍵調(diào)控基因的地位[9]。

對實驗小鼠進(jìn)行的研究揭示了Xist基因表達(dá)以發(fā)育調(diào)控的方式進(jìn)行。在胞內(nèi)細(xì)胞群(ICM)2條X染色體均能以低水平表達(dá)Xist,但它們僅能在轉(zhuǎn)錄位點積累。X失活的起始早于囊胚期,約在胚胎發(fā)育的第5天左右,這時,2個Xist等位基因的表達(dá)也出現(xiàn)了差別,1個位點的Xist RNA出現(xiàn)了高表達(dá)并且與失活X染色體順式相連,另一個位點的Xist基因表達(dá)量仍保持低水平,帶有這個位點的X染色體就成為活性X染色體[3]。即在胚胎細(xì)胞分化過程中,雌性卵細(xì)胞經(jīng)歷了一個低水平雙等位Xist基因表達(dá)→分化雙等位Xist基因表達(dá)→高水平單等位Xist基因表達(dá)的過程。

4Xist與X染色體失活的維持

卵細(xì)胞中覆蓋于失活X染色體上的Xist RNA外觀呈簇集顆粒狀,其功能不受DNase與RNase H的影響,這表明Xist RNA并未與DNA接觸。Xist RNA可能是通過使失活X染色體在S相復(fù)制起作用的,這同時導(dǎo)致在較晚復(fù)制的染色體上異染色質(zhì)的形成[10]。Xist RNA也可能在失活X染色體的組蛋白乙酰化調(diào)節(jié)中起作用,它可以阻礙組蛋白乙?；D(zhuǎn)移酶的作用或召集組蛋白去乙酰化酶[11]。XIST并不足以維持體細(xì)胞雜交體中X染色體的失活,同時,XIST也不是X失活的維持所必需的,在X失活的維持中起主要作用的是DNA的甲基化[12]。

對X染色體失活機(jī)制的研究將有助于增加我們對基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理的理解,Xist介導(dǎo)的X染色體失活作為表觀遺傳研究的一個典范,Xist發(fā)揮功能的基本過程已經(jīng)闡明,進(jìn)一步揭示相關(guān)分子參與Xist作用的細(xì)節(jié)是接下來研究的主要方向。

5參考文獻(xiàn)

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