非編碼RNA Xist調節X染色體失活的分子機制

胡士斌

摘要非編碼RNA Xist介導的X染色體失活是表觀遺傳研究的一個典范,該系統能使一整條染色體變為異染狀態。從Xist與 X染色體計數、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制。

關鍵詞表觀遺傳;非編碼RNA Xist;X染色體;失活;分子機制

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

X染色體失活是Barr M L在分析應激引起貓神經元顯微結構改變時偶然發現的巴氏小體[1]。Lyon M F在1961年弄清了巴氏小體包含異染色質的X染色體,并由此認識了失活[2]。Xist介導的X染色體失活是表觀遺傳研究的一個典范,該系統能使一整條染色體變為異染狀態。現就非編碼RNA Xist調節X染色體失活的分子機制綜述如下。

1Xist與X染色體的計數

二倍體卵細胞中存在一種計數機制用于感知X染色體的數量,當它的數量超過1條時,只有一條X染色體上的Xic區誘導Xist的轉錄表達進而使其失活;同時,另一條X染色體被保護起來。對Xic區遺傳缺失研究表明,Xist的轉錄受Xic區的正調控和負調控,并且Xist RNA的穩定性也影響其量的積累[3]。

利用小鼠ES細胞基因敲除實驗進一步研究Xic區中不同元件的功能,部分Xist的序列缺失不影響X染色體的計數,這表明對X染色體沉默有重要作用的Xist序列對染色體計數是非必需的;此外,Xist序列啟動子區的缺失也不影響細胞的計數功能,表明Xist轉錄本身對計數是非必需的[4]。尋找卵細胞中的感受因子,以及如何介導Xist的轉錄表達,可能是X染色體計數機制研究的方向之一。

2Xist與X染色體失活的選擇

X染色體的數量確定以后,卵細胞即啟動選擇機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染色體失活的關鍵時刻,2條染色體緊密接觸[5]。Nico-demi等用熱力學原理發現X染色體緊密接觸不久,蛋白栓的組成物質開始聚集在2條X染色體的Xic區周圍,兩團蛋白之間開始競爭;其中一個初具模型的蛋白栓勉強獲勝并達到一個能級——能夠將形成2個栓的所有物質聚集為一個蛋白栓;最終的蛋白栓關閉了其所在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染色體的遺傳學研究,鑒定出位于人Xq13上的一段區域對引發X失活是必要的,它因此被稱為X失活中心(X inactivation center,Xic)。通過圖位克隆發現人的Xist(X i-specific transcript)基因位于Xq13區帶,并且只在失活的X染色體(Xi)上表達[7]。Xist基因的產物使非編碼RNA,從Xic處轉錄并雙向擴散至整個X染色體,導致異染色質化[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作為關鍵調控基因的地位[9]。

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

4Xist與X染色體失活的維持

卵細胞中覆蓋于失活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相復制起作用的,這同時導致在較晚復制的染色體上異染色質的形成[10]。Xist RNA也可能在失活X染色體的組蛋白乙酰化調節中起作用,它可以阻礙組蛋白乙酰化轉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染色體失活機制的研究將有助于增加我們對基因表達調控機理的理解,Xist介導的X染色體失活作為表觀遺傳研究的一個典范,Xist發揮功能的基本過程已經闡明,進一步揭示相關分子參與Xist作用的細節是接下來研究的主要方向。

5參考文獻

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