Xist

Xist ( anglicky  X-inactive specific transcript ) je gen kódující RNA a lokalizovaný na chromozomu X placentárních savců , je klíčovým efektorem při inaktivaci chromozomu X [1] . Je součástí komplexu Xic ( X - chromozom inactivation center ) [2] , spolu s dalšími dvěma geny kódujícími RNA ( Jpx a Ftx ) a dvěma geny kódujícími protein ( Tsx a Cnbp2 ) [3 ] . Produkt genu Xist, Xist-RNA, je velký transkript (17 kb u lidí ) [4] , který je exprimován na neaktivním chromozomu a není exprimován na aktivním chromozomu. Zpracování tohoto transkriptu se podobá zpracování mRNA a zahrnuje také kroky sestřihu (včetně alternativy [1] ) a polyadenylaci , ale zůstává v jádře a nepřekládá se . Bylo navrženo, že gen Xist vznikl alespoň zčásti jako součást genu kódujícího protein, který se později stal pseudogenem [5] . Inaktivovaný chromozom X je potažen Xist RNA, která je nezbytná pro proces inaktivace [6] . Chromozom X postrádající gen Xist nebude inaktivován, ale duplikace tohoto genu na jiném chromozomu způsobí inaktivaci i prvního chromozomu [7] .  

Inaktivace chromozomu X, ke které dochází na počátku vývoje samic placentárních savců, poskytuje umlčení na transkripční úrovni jednoho ze dvou chromozomů X, což zajišťuje dávkovou rovnost (tj. v počtu aktivních variant jednoho genu) samic. a muži (viz další podrobnosti). " Kompenzace dávky "). Funkční role Xist-RNA byla jasně prokázána v samičích myších embryonálních kmenových buňkách . V těchto experimentech zavedení 19 nt antisense RNA zacílené na Xist RNA do buněk zabránilo tvorbě Xic a cis -umlčování X-vázaných genů. Později se však ukázalo, že k inaktivaci chromozomu X u myší stále dochází i v nepřítomnosti genu Xist prostřednictvím epigenetické regulace, ale ke stabilizaci takového umlčení je nezbytná Xist RNA [8] .

Bylo prokázáno, že gen Xist interaguje s genem BRCA1 spojeným s rakovinou prsu [9] [10] .

Organizace genu

U lidí je gen Xist umístěn na dlouhém (q) rameni X chromozomu. Zahrnuje velký počet repetic [4] a skládá se z A-oblasti obsahující 8 repetic oddělených U - spacery . Oblast A obsahuje dvě velké vlásenky , z nichž každá obsahuje 4 repetice [11] . Ortolog genu Xist u lidí byl identifikován u myší a je dlouhý 15 kb, ale neobsahuje konzervované repetice [12] .

Organizace přepisu

Xist-RNA se skládá ze dvou oblastí: A a C. Konzervativní oblast A obsahuje až 9 opakujících se prvků [11] . Nedávno se ukázalo, že u myší a lidí se A-region Xist-RNA skládá ze dvou dlouhých vlásenek, z nichž každá obsahuje čtyři repetice [4] [11] . Ačkoli specifická funkce oblasti A není známa, ukázalo se, že je nezbytná pro účinnou vazbu na protein Suz12 [11] .

Vazba Xist-RNA na inaktivovaný X-chromozom se provádí přes vazebné místo pro chromatin umístěné na samotném transkriptu. Poprvé bylo takové místo na Xist-RNA popsáno u samičích myších fibroblastů. Ukázalo se, že je lokalizován v oblasti C-repetice. Výše uvedené experimenty se zavedením 19nukleotidové antisense RNA komplementární k Xist do buněk narušily vazbu tohoto transkriptu na histon H2A [13] .

Regulace Xist

Jak bylo uvedeno výše, gen Xist-RNA je součástí centra inaktivace Xic ( X Inactivation Center ) [14] .  Xic je lokalizován na rameni q chromozomu X (Xq13). Klíčovou roli v inaktivaci chromozomu X hraje promotor Xist, který je součástí Xic [15] . Kromě genu Xist zahrnuje Xic také gen Tsix , který je antisense vzhledem k Xist. Antisense transkripty genu Xist působí jako cis -regulátory transkripce Xist a snižují expresi tohoto genu. Mechanismus takové cis -regulace exprese Xist pomocí Tsix je stále špatně pochopen, ačkoli existuje několik vysvětlujících hypotéz. Podle jednoho z nich se Tsix podílí na modifikaci chromatinu na lokusu Xist [16] (podrobněji viz níže).

Předpokládá se, že antisense transkript Tsix aktivuje methyltransferázy DNA , které metylují promotor Xist, což vede k downregulaci tohoto promotoru, a tím k expresi genu Xist [17] . Role acetylace histonů v regulaci Xist byla prokázána [18] .

Je možné, že dvouvláknové RNA a interferující RNA také hrají roli v regulaci promotoru Xist. Zdá se, že enzym Dicer , který se specializuje na řezání dvouřetězcových RNA, štěpí duplex Xist a Tsix na začátku procesu inaktivace chromozomu X, což vede k tvorbě krátkých RNA o délce asi 30 nukleotidů (xiRNA). Očekává se, že tyto xiRNA potlačí Xist na chromozomu X, který zůstává aktivní. Tento předpoklad je potvrzen experimentem, ve kterém bylo množství endogenního Diceru v nediferencovaných buňkách sníženo o 5 %, což vedlo ke zvýšení Xist v těchto buňkách [19] .

Zdá se, že transkripční faktory pluripotentních buněk Nanog , Oct4 a Sox2 hrají roli v umlčování genu Xist. V nepřítomnosti Tsix v pluripotentních buňkách je však Xist také potlačován. Možným vysvětlením toho může být, že výše uvedené faktory způsobují sestřih na intronu 1 ve vazebném místě těchto faktorů v genu Xist, v důsledku čehož je místo zničeno a exprese Xist je potlačena [16] . V pluripotentních buňkách postrádajících Nanog nebo Oct4 se hladina exprese Xist zvýšila [20] .

Ukázalo se , že úloha polycomb represorového komplexu 2 PRC2) hraje roli v umlčování Xist nezávisle na Tsix, ačkoli konkrétní mechanismy pro toto nejsou známy. PRC2 je třída polycomb proteinů , které způsobují trimethylaci histonu H3 na lysinu 27 (K27), který potlačuje transkripci přeskupením chromatinu. Výše uvedený protein Suz12 patří do skupiny PRC2 a má doménu zinkového prstu , která se zdá, že se váže na molekulu RNA [21] .  

Význam a mechanismy inaktivace

Proces inaktivace chromozomu X začíná šířením Xist RNA z Xic po celém chromozomu , kde se zdá, že Xist RNA vyvolává tvorbu a expanzi oblasti heterochromatinu . Heterochromatin inaktivovaného chromozomu X je charakteristický nejen svou asociací s Xist-RNA, ale také přítomností speciální varianty histonu H2A (macroH2A), hypoacetylací histonů H3 a H4 , ubikvitinací histonu H2A a metylací specifických poloh na histonu H3, stejně jako methylace DNA. Právě kombinace těchto modifikací činí většinu inaktivovaného chromozomu X extrémně odolnou vůči transkripci. Kromě toho schopnost těchto modifikací samo se šířit udržuje inaktivovaný stav chromozomu X pro mnoho buněčných dělení . Je však třeba poznamenat, že asi 10 % genů na chromozomu X zůstává transkripčně aktivních [22] .

Exprese Xist a inaktivace chromozomu X se během embryonálního vývoje mění . U myší v raném embryonálním vývoji existují dvě vlny inaktivace X-chromozomu. První vlna nastává před vytvořením blastocysty a není náhodná - v buňkách embrya je chromozom X přijatý od otce inaktivován, to znamená, že inaktivace chromozomu X v této fázi je otištěna . Ve stádiu blastocysty , v buňkách vnitřní buněčné hmoty , ze které se následně tvoří všechny orgány a tkáně budoucího organismu, je tento otisk odstraněn, exprese Xist mizí, inaktivace otcovského chromozomu X je zrušena a oba chromozomy X stát se transkripčně aktivní. Nedávná data ukázala, že antisense transkripty se podílejí na reaktivaci chromozomu X [23] . V epiblastových buňkách, které se dále tvoří , začíná proces diferenciace a nastává druhá vlna inaktivace, ve které je výběr inaktivovaného chromozomu X náhodný. Xist se začíná vyjadřovat na jednom z chromozomů X a tento chromozom X vstupuje do procesu inaktivace. Díky náhodnému výběru inaktivovaného chromozomu X je každý ženský organismus mozaikou klonálních skupin buněk, ve kterých je inaktivován buď chromozom X zděděný po otci, nebo chromozom X zbylý po matce. Inaktivace chromozomu X je zachována po tisíce buněčných dělení [22] a pouze u vyvíjejících se gonocytů dochází ke snížení exprese Xist a reaktivaci chromozomu X [24] . V myších extraembryonálních tkáních přetrvává v průběhu celého embryonálního vývoje vtisknutá inaktivace otcovského chromozomu X, ke které došlo během první vlny inaktivace.

V mechanismu kompenzace dávkování hraje klíčovou roli inaktivace chromozomu X , která zajišťuje rovnost dávek genových produktů chromozomu X u obou pohlaví [22] [25] . U různých druhů je kompenzace dávek zajištěna různými způsoby, ale u všech těchto způsobů se regulace exprese X-chromozomu odehrává u jednoho ze dvou obou pohlaví [25] . Pokud jeden ze dvou chromozomů X není inaktivován nebo je exprimován pouze částečně, může být výsledná nadměrná exprese X letální [22] .

Klinický význam

U lidí způsobují mutace v promotoru Xist familiární nenáhodnou inaktivaci chromozomu X [1] .

V roce 2013 se ukázalo, že zavedení genu Xist do jednoho z 21 chromozomů kmenové buňky s trizomií na 21. chromozomu (příčina Downova syndromu ) umožňuje tento chromozom inaktivovat. Gen Xist tak může tvořit základ nového přístupu k léčbě Downova syndromu [26] .

Poznámky

  1. 1 2 3 Entrez Gen: XIST X (neaktivní)-specifický transkript . Archivováno z originálu 5. prosince 2010.
  2. Chow JC , Yen Z. , Ziesche SM , Brown CJ Umlčení savčího chromozomu X.  (anglicky)  // Každoroční přehled genomiky a lidské genetiky. - 2005. - Sv. 6. - S. 69-92. - doi : 10.1146/annurev.genom.6.080604.162350 . — PMID 16124854 .
  3. Chureau C. , Prissette M. , Bourdet A. , Barbe V. , Cattolico L. , Jones L. , Eggen A. , Avner P. , Duret L. Srovnávací sekvenční analýza oblasti X-inaktivačního centra u myši, člověka a hovězí.  (anglicky)  // Genome research. - 2002. - Sv. 12, č. 6 . - S. 894-908. - doi : 10.1101/gr.152902 . — PMID 12045143 .
  4. 1 2 3 Brown CJ , Hendrich BD , Rupert JL , Lafrenière RG , Xing Y. , Lawrence J. , Willard HF Lidský gen XIST: analýza 17 kb neaktivní RNA specifické pro X, která obsahuje konzervované repetice a je vysoce lokalizovaná uvnitř jádro.  (anglicky)  // Cell. - 1992. - Sv. 71, č.p. 3 . - S. 527-542. — PMID 1423611 .
  5. Duret L. , Chureau C. , Samain S. , Weissenbach J. , Avner P. Gen Xist RNA se vyvinul u euteriánů pseudogenizací genu kódujícího protein.  (anglicky)  // Věda (New York, NY). - 2006. - Sv. 312, č.p. 5780 . - S. 1653-1655. - doi : 10.1126/science.1126316 . — PMID 16778056 .
  6. Ng K. , Pullirsch D. , Leeb M. , Wutz A. Xist a řád umlčování.  (anglicky)  // hlásí EMBO. - 2007. - Sv. 8, č. 1 . - S. 34-39. - doi : 10.1038/sj.embor.7400871 . — PMID 17203100 .
  7. Penny GD , Kay GF , Sheardown SA , Rastan S. , Brockdorff N. Požadavek na Xist při inaktivaci chromozomu X.  (anglicky)  // Nature. - 1996. - Sv. 379, č.p. 6561 . - S. 131-137. - doi : 10.1038/379131a0 . — PMID 8538762 .
  8. Kalantry S. , Purushothaman S. , Bowen RB , Starmer J. , Magnuson T. Evidence of Xist RNA-independent initiation of mouse imprinted X-chromozom inactivation.  (anglicky)  // Nature. - 2009. - Sv. 460, č.p. 7255 . - S. 647-651. - doi : 10.1038/nature08161 . — PMID 19571810 .
  9. Ganesan S. , Silver DP , Drapkin R. , Greenberg R. , Feunteun J. , Livingston DM Association of BRCA1 with the inactive X chromozom and XIST RNA.  (anglicky)  // Filosofické transakce Královské společnosti v Londýně. Řada B, Biologické vědy. - 2004. - Sv. 359, č.p. 1441 . - S. 123-128. - doi : 10.1098/rstb.2003.1371 . — PMID 15065664 .
  10. Ganesan S. , Silver DP , Greenberg RA , Avni D. , Drapkin R. , Miron A. , Mok SC , Randrianarison V. , Brodie S. , Salstrom J. , Rasmussen TP , Klimke A. , Marrese C. , Marahrens Y. , Deng CX , Feunteun J. , Livingston DM BRCA1 podporuje koncentraci XIST RNA na neaktivním X chromozomu.  (anglicky)  // Cell. - 2002. - Sv. 111, č.p. 3 . - S. 393-405. — PMID 12419249 .
  11. 1 2 3 4 Maenner S. , Blaud M. , Fouillen L. , Savoye A. , Marchand V. , Dubois A. , Sanglier-Cianférani S. , Van Dorsselaer A. , ​​Clerc P. , Avner P. , Visvikis A . , Branlant C. 2-D struktura oblasti A Xist RNA a její implikace pro asociaci PRC2.  (anglicky)  // Public Library of Science Biology. - 2010. - Sv. 8, č. 1 . — P. e1000276. - doi : 10.1371/journal.pbio.1000276 . — PMID 20052282 .
  12. Brockdorff N. , Ashworth A. , Kay GF , McCabe VM , Norris DP , Cooper PJ , Swift S. , Rastan S. Produkt myšího genu Xist je 15 kb neaktivní X-specifický transkript neobsahující žádný konzervovaný ORF a lokalizovaný v jádře.  (anglicky)  // Cell. - 1992. - Sv. 71, č.p. 3 . - S. 515-526. — PMID 1423610 .
  13. Beletskii A. , Hong YK , Pehrson J. , Egholm M. , Strauss WM Interferenční mapování PNA demonstruje funkční domény v nekódující RNA Xist.  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2001. - Sv. 98, č.p. 16 . - S. 9215-9220. - doi : 10.1073/pnas.161173098 . — PMID 11481485 .
  14. Herzing LB , Romer JT , Horn JM , Ashworth A. Xist má vlastnosti centra inaktivace X-chromozomu.  (anglicky)  // Nature. - 1997. - Sv. 386, č.p. 6622 . - S. 272-275. - doi : 10.1038/386272a0 . — PMID 9069284 .
  15. Lee JT , Davidow LS , Warshawsky D. Tsix, genový antisense vůči Xist v centru X-inaktivace.  (anglicky)  // Genetika přírody. - 1999. - Sv. 21, č. 4 . - S. 400-404. - doi : 10.1038/7734 . — PMID 10192391 .
  16. 1 2 Senner CE , Brockdorff N. Regulace genu Xist na počátku inaktivace X.  (anglicky)  // Současný názor v genetice a vývoji. - 2009. - Sv. 19, č. 2 . - S. 122-126. - doi : 10.1016/j.gde.2009.03.003 . — PMID 19345091 .
  17. Nesterova TB , Popova BC , Cobb BS , Norton S. , Senner CE , Tang YA , Spruce T. , Rodriguez TA , Sado T. , Merkenschlager M. , Brockdorff N. Dicer reguluje metylaci promotoru Xist v buňkách ES nepřímo prostřednictvím transkripce z Dnmt3a.  (anglicky)  // Epigenetics & chromatin. - 2008. - Sv. 1, č. 1 . - S. 2. - doi : 10.1186/1756-8935-1-2 . — PMID 19014663 .
  18. Csankovszki G. , Nagy A. , Jaenisch R. Synergismus Xist RNA, metylace DNA a hypoacetylace histonů při udržování inaktivace chromozomu X.  (anglicky)  // The Journal of cell biology. - 2001. - Sv. 153, č.p. 4 . - S. 773-784. — PMID 11352938 .
  19. Ogawa Y. , Sun BK , Lee JT Průnik RNA interference a X-inaktivačních drah.  (anglicky)  // Věda (New York, NY). - 2008. - Sv. 320, č.p. 5881 . - S. 1336-1341. - doi : 10.1126/science.1157676 . — PMID 18535243 .
  20. Navarro P. , Chambers I. , Karwacki-Neisius V. , Chureau C. , Morey C. , Rougeulle C. , Avner P. Molecular coupling of Xist Regulation and Pluripotency.  (anglicky)  // Věda (New York, NY). - 2008. - Sv. 321, č.p. 5896 . - S. 1693-1695. - doi : 10.1126/science.1160952 . — PMID 18802003 .
  21. de Napoles M. , Mermoud JE , Wakao R. , Tang YA , Endoh M. , Appanah R. , Nesterova TB , Silva J. , Otte AP , Vidal M. , Koseki H. , Brockdorff N. Polycomb group proteins Ring1A/ B spojuje ubikvitylaci histonu H2A s dědičným umlčením genu a inaktivací X.  (anglicky)  // Vývojová buňka. - 2004. - Sv. 7, č. 5 . - S. 663-676. - doi : 10.1016/j.devcel.2004.10.005 . — PMID 15525528 .
  22. 1 2 3 4 Alberts a kol., 2013 , str. 729.
  23. Mak W. , Nesterova TB , de Napoles M. , Appanah R. , Yamanaka S. , Otte AP , Brockdorff N. Reaktivace otcovského chromozomu X u časných myších embryí.  (anglicky)  // Věda (New York, NY). - 2004. - Sv. 303, č.p. 5658 . - S. 666-669. - doi : 10.1126/science.1092674 . — PMID 14752160 .
  24. Nesterova TB , Mermoud JE , Hilton K. , Pehrson J. , Surani MA , McLaren A. , Brockdorff N. Xist exprese a makroH2A1.2 lokalizace v myších primordiálních a pluripotentních embryonálních zárodečných buňkách.  (anglicky)  // Diferenciace; výzkum biologické rozmanitosti. - 2002. - Sv. 69, č.p. 4-5 . - S. 216-225. - doi : 10.1046/j.1432-0436.2002.690415.x . — PMID 11841480 .
  25. 1 2 Nguyen DK , Disteche CM Kompenzace dávkování aktivního chromozomu X u savců.  (anglicky)  // Genetika přírody. - 2006. - Sv. 38, č. 1 . - S. 47-53. - doi : 10.1038/ng1705 . — PMID 16341221 .
  26. Jiang J. , Jing Y. , Cost GJ , Chiang JC , Kolpa HJ , Cotton AM , Carone DM , Carone BR , Shivak DA , Guschin DY , Pearl JR , Rebar EJ , Byron M. , Gregory PD , Brown CJ , Urnov FD , Hall LL , Lawrence JB Překlad kompenzace dávkování na trizomii 21.  (anglicky)  // Nature. - 2013. - Sv. 500, č. 7462 . - S. 296-300. - doi : 10.1038/příroda12394 . — PMID 23863942 .

Literatura

Odkazy