Cell揭示神秘X失活的分子机制

目前，斯坦福大学医学院的研究人员提出了X染色体失活的分子步骤，表明当早期胚胎细胞开始分化成更多专门组织时，X失活以一种有序、定向的方式发生。相关研究结果发表在四月二日的《Cell》杂志。

　　

生物通报道：许多蛋白质与一个称为Xist的RNA分子相互作用，以覆盖和沉默每个雌性细胞中的一个X染色体。了解基因如何被靶定和沉默，可以帮助研究人员研究性别特异性的疾病。延伸阅读：解释Y染色体丢失的新理论。

加菲猫有着谁也不知道的秘密。这只卡通猫是一种遗传异常，并不是因为它对烤宽面条贪得无厌的渴望，而是在于它的毛色。在漫画世界以外，橙色和黑色相间的猫几乎都是雌性。

这个真理是由于一种奇怪的生物学现象，称为X染色体失活，可确保所有雌性物种在每个细胞中只有一条活跃的X染色体。在发育早期，当胚胎只有几个细胞时，每个细胞中的一条X染色体被关闭或沉默。在动物的整个生命过程中，这条染色体在所有细胞的后代中都保持活跃。在猫和其他许多物种中，处于非活跃状态的染色体是随机选择的；在另一些物种中，遗传自父亲的X染色体总是被选择。

X染色体失活是确保雌性（拥有两条X染色体，而男性只有一条）最后在染色体上发生大致相同剂量的基因所必需的。

“橙色或黑色皮毛”基因位于X染色体上，所以，如果“橙色”和“黑色”基因在不同的细胞中保持活跃，一只雌猫可以有两种颜色相间的毛色，但是因为雄性猫只有一条X染色体，所以只有其中一种颜色。

几十年前科学家们就已经知道X失活现象。最近，他们发现，一个称为Xist的RNA分子在其中发挥作用。但是，Xist如何沉默X染色体上的基因，还不是非常明确。

目前，斯坦福大学医学院的研究人员提出了X染色体失活的分子步骤，表明当早期胚胎细胞开始分化成更多专门组织时，X失活以一种有序、定向的方式发生。他们已经在小鼠细胞中发现了超过80个蛋白，它们与Xist结合以帮助它起作用。研究人员希望，这一发现可以解释通常在一种性别中更为严重的人类疾病。

疾病的性别差异
皮肤病学教授Howard Chang博士说：“我们在人类中看到一些非常有趣的、X连锁遗传的疾病现象。通常，当有缺陷的基因位于X染色体上时，男性的情况更严重。例如，血友病。相比之下，女性比男性更容易患自身免疫疾病，我们还不了解其中的原因。本研究将为理解这些差异的生物学基础，打开一条途径。”

本文介绍的研究结果发表在四月二日的《Cell》杂志。Chang是本文资深作者，他以前的研究生Ci Chu博士，是该研究的第一作者。该研究需要一种全新的技术（由Chu开发），来识别与Xist相互作用的蛋白。

Chang说：“人们通常从一个感兴趣的蛋白开始，寻找可能与该蛋白相关的RNA分子。我们想从RNA开始，并找出与Xist相互作用的蛋白质。Chu的新技术使我们能够发现引起X染色体沉默的RNA和蛋白复合物。”

猫的橙色和黑色皮毛基因位于X染色体上。因此，根据每个祖细胞中哪条染色体被随机灭活，雌性猫可以有橙色和黑色相间的皮毛。然而，雄性猫可能是橙色或黑色，而不是两种颜色的混合。（一个例外是，雄性猫在某种程度上继承了一个额外的X染色体，从而成为可能有其他重要遗传问题的XXY动物。）

Chu的技术，研究人员称之为CHIRP-MS ，可通过质谱分析法对RNA结合蛋白进行全面的识别，从而让研究人员能够找出X染色体失活过程中与Xist相互作用的80多种蛋白。这些蛋白质中的许多蛋白，以前从未与该过程有关联。据认为，它们可能有助于靶定和锚定Xist，以沿着X染色体的长度激活基因，就像在树林远足后鞋带上的毛刺。

精细的遗传机制
Chang说：“如果你把Xist基因的所有拷贝首尾相接保存在一个细胞中，它们不够长，因此不能覆盖整个X染色体。相反，Xist巧妙地伸展，寻找活性基因并将它们关闭。它也必须保持固定在染色体上，而不是漂浮在核内的任何其他染色体。这需要一套精心设置的机制，我们认为它们以一种有序的方式运作。”

具体来说，研究人员怀疑，一些蛋白质可帮助Xist定位和沉默活跃的基因，而其他蛋白质一旦被建立则保持这种沉默。

Chang表示：“我们对于真正了解这一过程真的很感兴趣，包括在DNA复制和细胞分裂期间一个特定X染色体的失活是如何保持的。我们真的是为这项研究感到兴奋。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Systematic Discovery of Xist RNA Binding Proteins
Summary: Noncoding RNAs (ncRNAs) function with associated proteins to effect complex structural and regulatory outcomes. To reveal the composition and dynamics of specific noncoding RNA-protein complexes (RNPs) in vivo, we developed comprehensive identification of RNA binding proteins by mass spectrometry (ChIRP-MS). ChIRP-MS analysis of four ncRNAs captures key protein interactors, including a U1-specific link to the 3′ RNA processing machinery. Xist, an essential lncRNA for X chromosome inactivation (XCI), interacts with 81 proteins from chromatin modification, nuclear matrix, and RNA remodeling pathways. The Xist RNA-protein particle assembles in two steps coupled with the transition from pluripotency to differentiation. Specific interactors include HnrnpK, which participates in Xist-mediated gene silencing and histone modifications but not Xist localization, and Drosophila Split ends homolog Spen, which interacts via the A-repeat domain of Xist and is required for gene silencing. Thus, Xist lncRNA engages with proteins in a modular and developmentally controlled manner to coordinate chromatin spreading and silencing.