Απενεργοποίηση του χρωμοσώματος Χ

1.Εμβρυϊκό κύτταρο πρώιμου σταδίου μιας γυναίκας 
2.Μητρικό χρωμόσωμα Χ 
3.Πατρικό χρωμόσωμα Χ 
4.Μίτωση και τυχαίο συμβάν απενεργοποίησης του χρωμοσώματος Χ 
5. Το πατρικό χρωμόσωμα απενεργοποιείται τυχαία στο ένα θυγατρικό κύτταρο, το μητρικό χρωμόσωμα απενεργοποιείται στο άλλο 
6. Το πατρικό χρωμόσωμα απενεργοποιείται τυχαία και στα δύο θυγατρικά κύτταρα 
7. Το μητρικό χρωμόσωμα απενεργοποιείται τυχαία και στα δύο θυγατρικά κύτταρα 
8.Τρία πιθανά τυχαία αποτελέσματα συνδυασμού
Η απενεργοποίηση (ή αδρανοποίηση) του χρωμοσώματος Χ (X-inactivation) (επίσης αποκαλούμενη Λυονοποίηση ή υπόθεση της Lyon (Lyonization από την αγγλίδα γενετίστρια Mary Lyon)) είναι μια διαδικασία με την οποία ένα από τα αντίγραφα του χρωμοσώματος X απενεργοποιείται στην υποτάξη θηρίων (therian) των θηλυκών θηλαστικών. Το ανενεργό χρωμόσωμα Χ αποσιωπάται με το να συσκευάζεται σε μια μεταγραφικά ανενεργή δομή που ονομάζεται ετεροχρωματίνη. Καθώς σχεδόν όλα τα θηλυκά θηλαστικά έχουν δύο χρωμοσώματα Χ, η απενεργοποίηση Χ τα εμποδίζει να έχουν διπλάσια γονιδιακά προϊόντα χρωμοσωμάτων Χ από τα αρσενικά, τα οποία διαθέτουν μόνο ένα αντίγραφο του χρωμοσώματος Χ.
Η επιλογή του χρωμοσώματος Χ που θα απενεργοποιηθεί σε ένα συγκεκριμένο εμβρυϊκό κύτταρο είναι τυχαία σε πλακουντικά θηλαστικά όπως ο άνθρωπος, αλλά μόλις ένα χρωμόσωμα Χ απενεργοποιηθεί θα παραμείνει ανενεργό καθ' όλη τη διάρκεια ζωής του κυττάρου και των απογόνων του στον οργανισμό (στην κυτταρική του σειρά). Το αποτέλεσμα είναι ότι η επιλογή του απενεργοποιημένου χρωμοσώματος Χ σε όλα τα κύτταρα του οργανισμού είναι μια τυχαία κατανομή, με περίπου τα μισά κύτταρα να έχουν συχνά το πατρικό χρωμόσωμα Χ απενεργοποιημένο και τα μισά με ένα απενεργοποιημένο μητρικό χρωμόσωμα Χ. Αλλά συνήθως, η απενεργοποίηση X κατανέμεται άνισα στις κυτταρικές σειρές ενός οργανισμού (ασύμμετρη απενεργοποίηση του X).
Σε αντίθεση με την τυχαία απενεργοποίηση του Χ στα πλακουντικά θηλαστικά, η αδρανοποίηση σε μαρσιποφόρα ισχύει αποκλειστικά για το πατρικά προερχόμενο χρωμόσωμα Χ.
Μηχανισμός
 Κύκλος ενεργοποίησης χρωμοσώματος Χ σε τρωκτικά 
Οι παρακάτω παράγραφοι έχουν να κάνουν μόνο με τρωκτικά και δεν αντικατοπτρίζουν την απενεργοποίηση του Χ στην πλειοψηφία των θηλαστικών.
Η αδρανοποίηση του Χ είναι μέρος του κύκλου ενεργοποίησης του χρωμοσώματος Χ σε όλη τη θηλυκή ζωή. Το ωάριο και ο γονιμοποιημένος ζυγώτης χρησιμοποιούν αρχικά μητρικά μεταγραφήματα και ολόκληρο το εμβρυϊκό γονιδίωμα αποσιωπάται μέχρι την ενεργοποίηση του ζυγωτικού γονιδιώματος. Στη συνέχεια, όλα τα κύτταρα ποντικού υφίστανται μια πρώιμη, αποτυπωμένη αδρανοποίηση του πατρικά προερχόμενου χρωμοσώματος Χ στο στάδιο 4-8 κυττάρων των εμβρύων. Οι εξωεμβρυϊκοί ιστοί (οι οποίοι δημιουργούν τον πλακούντα και άλλους ιστούς που υποστηρίζουν το έμβρυο) διατηρούν αυτήν την πρώιμη αποτυπωμένη αδρανοποίηση, και έτσι μόνο το μητρικό χρωμόσωμα Χ είναι ενεργό σε αυτούς τους ιστούς.
Στην πρώιμη βλαστοκύστη, αυτή η αρχική, εντυπωμένη απενεργοποίηση του Χ αντιστρέφεται στα κύτταρα της εσωτερικής κυτταρικής μάζας (που δημιουργούν το έμβρυο) και σε αυτά τα κύτταρα και τα δύο χρωμοσώματα Χ γίνονται ξανά ενεργά. Στη συνέχεια, καθένα από αυτά τα κύτταρα απενεργοποιεί ανεξάρτητα και τυχαία ένα αντίγραφο του χρωμοσώματος Χ. Αυτό το συμβάν αδρανοποίησης είναι μη αναστρέψιμο κατά τη διάρκεια της ζωής του ατόμου, με εξαίρεση τη βλαστική γραμμή. Στη θηλυκή βλαστική γραμμή πριν από την είσοδο της μειωτικής, η απενεργοποίηση Χ αντιστρέφεται, έτσι ώστε μετά τη μείωση όλα τα απλοειδή ωοκύτταρα να περιέχουν ένα μόνο ενεργό χρωμόσωμα Χ.
 Επισκόπηση 
Το Xi σημαίνει το ανενεργό, το Xa το ενεργό χρωμόσωμα Χ. Το XP υποδηλώνει το πατρικό και το XM το μητρικό χρωμόσωμα Χ. Όταν το ωάριο (που φέρει XM), γονιμοποιείται από ένα σπέρμα (που φέρει ένα Y ή ένα XP) σχηματίζει διπλοειδή ζυγώτο. Από το ζυγωτό, μέχρι το στάδιο του ενήλικα, στην επόμενη γενιά ωαρίων, το χρωμόσωμα Χ υφίσταται τις ακόλουθες αλλαγές:
 XiP XiM ζυγωτό → υφίσταται ενεργοποίηση ζυγωτικού γονιδιώματος, που οδηγεί σε:
 XaP XaM  → υφίσταται αποτυπωμένη (πατρική) απενεργοποίηση του Χ, που οδηγεί σε:
 XiP XaM  → υφίσταται ενεργοποίηση του Χ στο πρώιμο στάδιο βλαστοκύστης, που οδηγεί σε:
 XaP XaM  → υφίσταται τυχαία απενεργοποίηση του Χ στην εμβρυϊκή γραμμή (εσωτερική κυτταρική μάζα) στο στάδιο της βλαστοκύστης, που οδηγεί σε:
 XiP XaM Ή XaP XiM → υφίστανται Επανενεργοποίηση του Χ σε αρχέγονα γεννητικά κύτταρα πριν από τη μείωση, που οδηγεί σε:
 XaM XaP διπλοειδή γεννητικά κύτταρα σε μειωτική ανακοπή. Καθώς η μείωση I ολοκληρώνεται μόνο με ωορρηξία, τα ανθρώπινα γεννητικά κύτταρα υπάρχουν σε αυτό το στάδιο από τις πρώτες εβδομάδες ανάπτυξης μέχρι την εφηβεία. Η ολοκλήρωση της μείωσης οδηγεί σε:
 XaM ΚΑΙ XaP απλοειδή γεννητικά κύτταρα (ωάρια).
Ο κύκλος ενεργοποίησης Χ έχει μελετηθεί καλύτερα σε ποντίκια, αλλά υπάρχουν πολλές μελέτες σε ανθρώπους. Καθώς τα περισσότερα στοιχεία προέρχονται από ποντίκια, το παραπάνω σχήμα αντιπροσωπεύει τα γεγονότα σε ποντίκια. Η ολοκλήρωση της μείωσης απλοποιείται εδώ για λόγους σαφήνειας. Τα βήματα 1-4 μπορούν να μελετηθούν σε γονιμοποιημένα έμβρυα in vitro και στη διαφοροποίηση βλαστοκυττάρων. Η επανενεργοποίηση του Χ συμβαίνει στο αναπτυσσόμενο έμβρυο και τα επόμενα (6-7) βήματα μέσα στο γυναικείο σώμα, επομένως είναι πολύ πιο δύσκολο να μελετηθεί.
 Χρονισμός 
Ο χρονισμός κάθε διαδικασίας εξαρτάται από το είδος και σε πολλές περιπτώσεις ο ακριβής χρόνος συζητείται έντονα. [Ολόκληρο το μέρος του χρόνου της ανθρώπινης αδρανοποίησης του Χ σε αυτόν τον πίνακα είναι πολύ αμφίβολος και θα πρέπει να αφαιρεθεί μέχρι να τεκμηριωθεί σωστά από εμπειρικά δεδομένα]
+Κατά προσέγγιση χρονισμός σημαντικών γεγονότων στον κύκλο ενεργοποίησης του χρωμοσώματος ΧΔιαδικασίαΠοντίκιΆνθρωπος1 Ενεργοποίηση ζυγωτικού γονιδιώματοςΣτάδιο 2-4 κυττάρων Στάδιο 2-8 κυττάρων 2 Εντυπωμένη (πατρική) Χ-αδρανοποίησηΣτάδιο 4-8 κυττάρων  Ασαφές εάν λαμβάνει χώρα σε ανθρώπους 3Ενεργοποίηση του ΧΠρώιμο στάδιο βλαστοκύστηςΠρώιμο στάδιο βλαστοκύστης4Τυχαία αδρανοποίηση Χ στην εμβρυϊκή γραμμή (εσωτερική κυτταρική μάζα) Τελευταίο στάδιο βλαστοκύστης Τελευταίο στάδιο βλαστοκύστης, μετά την εμφύτευση 5Επανενεργοποίηση του Χ σε αρχέγονα γεννητικά κύτταρα πριν από τη μείωση Από πριν την αναπτυξιακή εβδομάδα 4 έως την εβδομάδα 14

 Κληρονομικότητα της κατάστασης αδρανοποίησης μεταξύ των γενεών κυττάρων 
Οι απόγονοι κάθε κυττάρου που απενεργοποίησαν ένα συγκεκριμένο χρωμόσωμα Χ θα απενεργοποιήσουν επίσης το ίδιο χρωμόσωμα. Αυτό το φαινόμενο, το οποίο μπορεί να παρατηρηθεί στον χρωματισμό της γάτας ταρτούγας όταν τα θηλυκά είναι ετερόζυγα για το γονίδιο χρωστικής που είναι συνδεδεμένο με το Χ και δεν πρέπει να συγχέεται με το μωσαϊκισμό, που είναι ένας όρος που αναφέρεται συγκεκριμένα σε διαφορές στον γονότυπο διαφόρων πληθυσμών κυττάρων στο ίδιο άτομο. Η απενεργοποίηση του Χ, η οποία είναι μια επιγενετική αλλαγή που οδηγεί σε διαφορετικό φαινότυπο, δεν είναι μια αλλαγή στο επίπεδο γονοτύπου. Για ένα μεμονωμένο κύτταρο ή γενεαλογία, η αδρανοποίηση είναι επομένως ασύμμετρη ή 'μη τυχαία', και αυτό μπορεί να προκαλέσει ήπια συμπτώματα σε γυναίκες 'φορείς' γενετικών διαταραχών με συνδεδεμένο Χ.
 Επιλογή ενός ενεργού χρωμοσώματος Χ 
Τα τυπικά θηλυκά διαθέτουν δύο χρωμοσώματα Χ και σε οποιοδήποτε δεδομένο κύτταρο ένα χρωμόσωμα θα είναι ενεργό (που ορίζεται ως Xa) και ένα θα είναι ανενεργό (Xi). Ωστόσο, μελέτες ατόμων με επιπλέον αντίγραφα του χρωμοσώματος Χ δείχνουν ότι σε κύτταρα με περισσότερα από δύο χρωμοσώματα Χ υπάρχει ακόμα μόνο ένα Χα και όλα τα υπόλοιπα χρωμοσώματα Χ είναι απενεργοποιημένα. Αυτό υποδεικνύει ότι η προεπιλεγμένη κατάσταση του χρωμοσώματος Χ στις γυναίκες είναι η αδρανοποίηση, αλλά ένα χρωμόσωμα Χ επιλέγεται πάντα για να παραμείνει ενεργό.
Είναι κατανοητό ότι η αδρανοποίηση του χρωμοσώματος Χ είναι μια τυχαία διαδικασία, που συμβαίνει περίπου τη στιγμή της γαστριδίωσης (gastrulation) στην επιβλάστη (κύτταρα που θα δημιουργήσουν το έμβρυο). Το μητρικό και πατρικό χρωμόσωμα Χ έχουν ίση πιθανότητα αδρανοποίησης. Αυτό θα υποδήλωνε ότι οι γυναίκες αναμένεται να υποφέρουν από διαταραχές που συνδέονται με το Χ περίπου 50% εξίσου συχνά με τους άνδρες (επειδή οι γυναίκες έχουν δύο χρωμοσώματα Χ, ενώ οι άνδρες έχουν μόνο ένα). Ωστόσο, στην πραγματικότητα, η εμφάνιση αυτών των διαταραχών στις γυναίκες είναι πολύ μικρότερη από αυτήν. Μια εξήγηση για αυτή τη διαφορά είναι ότι 12-20% των γονιδίων στο αδρανοποιημένο χρωμόσωμα Χ παραμένουν εκφρασμένα, παρέχοντας έτσι στις γυναίκες πρόσθετη προστασία έναντι ελαττωματικών γονιδίων που κωδικοποιούνται από το χρωμόσωμα Χ. Κάποιοι προτείνουν ότι αυτή η διαφορά πρέπει να αποτελεί ένδειξη προτιμησιακής (μη τυχαίας) αδρανοποίησης. Η κατά προτίμηση αδρανοποίηση του πατρικού χρωμοσώματος Χ συμβαίνει τόσο στα μαρσιποφόρα όσο και στις κυτταρικές γενεαλογίες που σχηματίζουν τις μεμβράνες που περιβάλλουν το έμβρυο, ενώ στα θηλαστικά με πλακούντα είτε το μητρικό, είτε το πατρικό χρωμόσωμα Χ μπορεί να απενεργοποιηθεί σε διαφορετικές κυτταρικές γραμμές.
Η χρονική περίοδος για την αδρανοποίηση του χρωμοσώματος Χ εξηγεί αυτή τη διαφορά. Η αδρανοποίηση συμβαίνει στην επιβλάστη κατά τη γαστριδίωση, η οποία δημιουργεί το έμβρυο. Η αδρανοποίηση συμβαίνει σε κυτταρικό επίπεδο, με αποτέλεσμα μια έκφραση μωσαϊκού, στην οποία επιρράματα κυττάρων έχουν ένα ανενεργό μητρικό χρωμόσωμα Χ, ενώ άλλα επιρράματα έχουν ένα ανενεργό πατρικό χρωμόσωμα Χ. Για παράδειγμα, μια γυναίκα ετερόζυγη για αιμορροφιλία (μια ασθένεια που συνδέεται με το Χ) θα έχει περίπου τα μισά ηπατικά της κύτταρα να λειτουργούν σωστά, κάτι που τυπικά είναι αρκετό για να εξασφαλίσει φυσιολογική πήξη του αίματος. Η πιθανότητα θα μπορούσε να οδηγήσει σε σημαντικά πιο δυσλειτουργικά κύτταρα. Ωστόσο, τέτοιες στατιστικά ακραίες τιμές είναι απίθανες. Οι γενετικές διαφορές στο χρωμόσωμα μπορεί επίσης να καταστήσουν ένα χρωμόσωμα Χ πιο πιθανό να υποστεί αδρανοποίηση. Επίσης, εάν ένα χρωμόσωμα Χ έχει μια μετάλλαξη που εμποδίζει την ανάπτυξή του ή το καθιστά μη βιώσιμο, τα κύτταρα που απενεργοποίησαν τυχαία αυτό το Χ θα έχουν εκλεκτικό πλεονέκτημα έναντι των κυττάρων που απενεργοποίησαν τυχαία το φυσιολογικό αλληλόμορφο. Έτσι, αν και η αδρανοποίηση είναι αρχικά τυχαία, τα κύτταρα που απενεργοποιούν ένα φυσιολογικό αλληλόμορφο (αφήνοντας το μεταλλαγμένο αλληλόμορφο ενεργό) θα αναπτυχθούν τελικά υπερβολικά και θα αντικατασταθούν από λειτουργικά φυσιολογικά κύτταρα στα οποία σχεδόν όλα έχουν ενεργοποιημένο το ίδιο χρωμόσωμα Χ.
Υποτίθεται ότι υπάρχει ένας αυτοσωμικά κωδικοποιημένος 'παράγοντας αποκλεισμού' που συνδέεται με το χρωμόσωμα Χ και εμποδίζει την αδρανοποίησή του.. Το μοντέλο υποστηρίζει ότι υπάρχει ένας περιοριστικός παράγοντας αποκλεισμού, επομένως από τη στιγμή που το διαθέσιμο μόριο του παράγοντα αποκλεισμού συνδεθεί σε ένα χρωμόσωμα Χ, τα υπόλοιπα χρωμοσώματα Χ δεν προστατεύονται από την αδρανοποίηση. Αυτό το μοντέλο υποστηρίζεται από την ύπαρξη ενός μόνο Χα σε κύτταρα με πολλά χρωμοσώματα Χ και από την ύπαρξη δύο ενεργών χρωμοσωμάτων Χ σε κυτταρικές γραμμές με διπλάσιο αριθμό αυτοσωμάτων από τον κανονικό.
Οι αλληλουχίες στο Κέντρο αδρανοποίησης X ( inactivation center, XIC), που υπάρχουν στο χρωμόσωμα Χ, ελέγχουν τη σίγαση του χρωμοσώματος Χ. Ο υποθετικός παράγοντας αποκλεισμού προβλέπεται ότι συνδέεται με αλληλουχίες εντός του XIC.
 Έκφραση διαταραχών που συνδέονται με Χ σε ετερόζυγα θηλυκά 
Η επίδραση της ετεροζυγωτίας του θηλυκού Χ είναι εμφανής σε ορισμένα εντοπισμένα χαρακτηριστικά, όπως το μοναδικό μοτίβο τριχώματος μιας γάτας κάλικο. Μπορεί να είναι πιο δύσκολο, ωστόσο, να κατανοήσουμε πλήρως την έκφραση μη εντοπισμένων χαρακτηριστικών σε αυτά τα θηλυκά, όπως η έκφραση της ασθένειας.
Δεδομένου ότι τα αρσενικά έχουν μόνο ένα αντίγραφο του χρωμοσώματος Χ, όλα τα εκφρασμένα χρωμοσωμικά γονίδια (ή αλληλόμορφα, στην περίπτωση πολλαπλών μορφών παραλλαγών για ένα δεδομένο γονίδιο στον πληθυσμό) του Χ βρίσκονται σε αυτό το αντίγραφο του χρωμοσώματος. Τα θηλυκά, ωστόσο, θα εκφράζουν κυρίως τα γονίδια ή τα αλληλόμορφα που βρίσκονται στο αντίγραφο του χρωμοσώματος Χ που παραμένει ενεργό. Λαμβάνοντας υπόψη την κατάσταση για ένα γονίδιο ή πολλαπλά γονίδια που προκαλούν ατομικές διαφορές σε ένα συγκεκριμένο φαινότυπο (δηλαδή προκαλεί διακύμανση που παρατηρείται στον πληθυσμό για αυτόν τον φαινότυπο), στα ομόζυγα θηλυκά δεν έχει ιδιαίτερη σημασία ποιο αντίγραφο του χρωμοσώματος είναι απενεργοποιημένο, καθώς τα αλληλόμορφα και στα δύο αντίγραφα είναι τα ίδια. Ωστόσο, στα θηλυκά που είναι ετερόζυγα στα αιτιολογικά γονίδια, η αδρανοποίηση του ενός αντιγράφου του χρωμοσώματος έναντι του άλλου μπορεί να έχει άμεσο αντίκτυπο στη φαινοτυπική τους τιμή. Εξαιτίας αυτού του φαινομένου, παρατηρείται αύξηση της φαινοτυπικής παραλλαγής στα θηλυκά που είναι ετερόζυγα στο εμπλεκόμενο γονίδιο ή γονίδια σε σχέση με τα θηλυκά που είναι ομόζυγα σε αυτό το γονίδιο ή σε αυτά τα γονίδια. Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους μπορεί να διαδραματιστεί η φαινοτυπική παραλλαγή. Σε πολλές περιπτώσεις, τα ετερόζυγα θηλυκά μπορεί να είναι ασυμπτωματικά ή να παρουσιάζουν μόνο μικρά συμπτώματα μιας δεδομένης διαταραχής, όπως με X-συνδεδεμένη αδρενολευκοδυστροφία.
Η διαφοροποίηση του φαινοτύπου στα ετερόζυγα θηλυκά ενισχύεται από την παρουσία ασύμμετρης απενεργοποίησης του Χ. Τυπικά, κάθε χρωμόσωμα Χ αποσιωπάται στα μισά από τα κύτταρα, αλλά αυτή η διαδικασία παραμορφώνεται όταν συμβαίνει προτιμώμενη αδρανοποίηση ενός χρωμοσώματος. Θεωρείται ότι η παραμόρφωση συμβαίνει είτε τυχαία είτε από ένα φυσικό χαρακτηριστικό ενός χρωμοσώματος που μπορεί να προκαλέσει τη σίγασή του περισσότερο ή λιγότερο συχνά, όπως μια δυσμενή μετάλλαξη.
Κατά μέσο όρο, κάθε χρωμόσωμα Χ αδρανοποιείται στα μισά κύτταρα, αν και το 5-20% των γυναικών εμφανίζουν ασύμμετρη απενεργοποίηση Χ. Σε περιπτώσεις όπου υπάρχει παραμόρφωση, μπορεί να εμφανιστεί ένα ευρύ φάσμα έκφρασης συμπτωμάτων, με αποτέλεσμα η έκφραση να ποικίλλει από ελάχιστη έως σοβαρή, ανάλογα με την αναλογία παραμόρφωσης. Μια ακραία περίπτωση αυτού παρατηρήθηκε όπου τα μονοζυγωτικά θηλυκά δίδυμα είχαν ακραία διακύμανση στην έκφραση της νόσου Menkes (μια διαταραχή που συνδέεται με το Χ) με αποτέλεσμα το θάνατο ενός διδύμου ενώ το άλλο παρέμενε ασυμπτωματικό.
Θεωρείται ότι η ασυμμετρία της απενεργοποίησης Χ θα μπορούσε να προκληθεί από προβλήματα στον μηχανισμό που προκαλεί την αδρανοποίηση ή από προβλήματα στο ίδιο το χρωμόσωμα. Ωστόσο, ο σύνδεσμος μεταξύ φαινοτύπου και ασυμμετρίας εξακολουθεί να αμφισβητείται και θα πρέπει να εξετάζεται κατά περίπτωση. Μια μελέτη που εξέτασε τόσο συμπτωματικές όσο και ασυμπτωματικές γυναίκες που ήταν ετερόζυγες για μυϊκή δυστροφία Ντουσέν και Μπέκερ (Becker muscular dystrophies, DMD) δεν βρήκε εμφανή σχέση μεταξύ της έκφρασης μεταγραφής και της ασυμμετρίας απενεργοποίησης Χ. Η μελέτη υποδηλώνει ότι και οι δύο μηχανισμοί ρυθμίζονται ανεξάρτητα και ότι παίζουν και άλλοι άγνωστοι παράγοντες.
 Χρωμοσωμικό συστατικό 
Το κέντρο απενεργοποίησης του Χ (X-inactivation center, XIC) στο χρωμόσωμα Χ είναι απαραίτητο και επαρκές για να προκαλέσει την απενεργοποίηση του Χ. Οι χρωμοσωμικές μετατοπίσεις που τοποθετούν το XIC σε ένα αυτόσωμα οδηγούν σε αδρανοποίηση του αυτοσώματος και τα χρωμοσώματα Χ που δεν έχουν το XIC δεν απενεργοποιούνται.
Το XIC περιέχει τέσσερα μη-μεταφρασμένα γονίδια RNA, το Xist, Tsix, Jpx και το Ftx, που εμπλέκονται στην απενεργοποίηση του Χ. Το XIC περιέχει επίσης θέσεις δέσμευσης τόσο για γνωστές όσο και για άγνωστες ρυθμιστικές πρωτεΐνες.
RNA Xist και Tsix
Το X-αδρανές ειδικό γονίδιο μεταγραφής (X-inactive specific transcript, Xis) κωδικοποιεί ένα μεγάλο N cRNA που είναι υπεύθυνο για τη μεσολάβηση της ειδικής σίγασης του χρωμοσώματος Χ από το οποίο μεταγράφεται. Το ανενεργό χρωμόσωμα Χ είναι επικαλυμμένο με Xist RNA, ενώ το Xa δεν είναι (Βλ. Εικόνα στα δεξιά). Τα χρωμοσώματα Χ που δεν διαθέτουν το γονίδιο Xist δεν μπορούν να απενεργοποιηθούν. Η τεχνητή τοποθέτηση και έκφραση του γονιδίου Xist σε άλλο χρωμόσωμα οδηγεί σε σίγαση αυτού του χρωμοσώματος.
Πριν από την αδρανοποίηση, και τα δύο χρωμοσώματα Χ εκφράζουν ασθενώς το RNA του Xist από το γονίδιο Xist. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αδρανοποίησης, το μελλοντικό Xa παύει να εκφράζει το Xist, ενώ το μελλοντικό Xi αυξάνει δραματικά την παραγωγή RNA του Xist. Στο μελλοντικό Xi, το RNA του Xist επικαλύπτει προοδευτικά το χρωμόσωμα, εξαπλώνοντας προς τα έξω από το XIC. το RNA του Xist δεν εντοπίζεται στο Xa. Η γονιδιακή αποσιώπηση κατά μήκος του Xi συμβαίνει αμέσως μετά την επικάλυψη από το RNA του Xist.
Όπως το Xist, το γονίδιο Tsix κωδικοποιεί ένα μεγάλο RNA που δεν πιστεύεται ότι κωδικοποιεί πρωτεΐνες. Το RNA του Tsix μεταγράφεται αντινοηματικά σε Xist, που σημαίνει ότι το γονίδιο Tsix επικαλύπτει το γονίδιο Xist και μεταγράφεται στον αντίθετο κλώνο του DNA από το γονίδιο Xist. Το Tsix είναι ένας αρνητικός ρυθμιστής του Xist. Τα χρωμοσώματα Χ που δεν έχουν έκφραση Tsix (και επομένως έχουν υψηλά επίπεδα μεταγραφής Xist) απενεργοποιούνται πολύ πιο συχνά από τα κανονικά χρωμοσώματα.
Όπως το Xist, πριν από την αδρανοποίηση, και τα δύο χρωμοσώματα Χ εκφράζουν ασθενώς το RNA του Tsix από το γονίδιο Tsix. Με την έναρξη της αδρανοποίησης Χ, το μελλοντικό Xi παύει να εκφράζει το RNA του Tsix (και αυξάνει την έκφραση του Xist), ενώ το Xa συνεχίζει να εκφράζει το Tsix για αρκετές ημέρες.
Το Rep A είναι ένα μακρύ μη κωδικοποιητικό RNA που λειτουργεί με ένα άλλο μακρύ μη κωδικοποιητικό RNA, το Xist, για την απενεργοποίηση του Χ. Το Rep A αναστέλλει τη λειτουργία του Tsix, του αντινοηματικού του Xist, σε συνδυασμό με την εξάλειψη της έκφρασης του Xite. Προάγει τη μεθυλίωση της περιοχής Tsix προσελκύοντας PRC2 και έτσι απενεργοποιώντας ένα από τα χρωμοσώματα Χ.Mercer, T.R., Dinger, M.E., Mattick, J.S., (2009). Long non-coding RNAs: insight into functions. Nature Reviews Genetics. (10) 155–159.

Αποσιώπηση
Το ανενεργό χρωμόσωμα Χ δεν εκφράζει την πλειοψηφία των γονιδίων του, σε αντίθεση με το ενεργό χρωμόσωμα Χ. Αυτό οφείλεται στη σίγαση του Xi από την κατασταλτική ετεροχρωματίνη, η οποία συμπυκνώνει το DNA του Xi και εμποδίζει την έκφραση των περισσότερων γονιδίων.
Σε σύγκριση με το Xa, το Xi έχει υψηλά επίπεδα μεθυλίωσης DNA, χαμηλά επίπεδα ακετυλίωσης ιστόνης, χαμηλά επίπεδα μεθυλίωσης ιστόνης H3 στη λυσίνη-4, και υψηλά επίπεδα μεθυλίωσης ιστόνης Η3 στη λυσίνη-9 και στη λυσίνη-27 που τοποθετείται από το σύμπλοκο PRC2 που στρατολογήθηκε από τον Xist, τα οποία όλα σχετίζονται με τη γονιδιακή αποσιώπηση. – Originated from; Το PRC2 ρυθμίζει τη συμπίεση χρωματίνης και την αναδιαμόρφωση χρωματίνης σε διάφορες διαδικασίες, συμπεριλαμβανομένης της απόκρισης σε Βλάβη DNA. Επιπλέον, μια παραλλαγή ιστόνης που ονομάζεται macroH2A (H2AFY) βρίσκεται αποκλειστικά στα νουκλεοσώματα κατά μήκος του Xi.
Σωμάτια Μπαρ
Το DNA συσκευασμένο σε ετεροχρωματίνη, όπως το Xi, είναι πιο συμπυκνωμένο από το DNA που συσκευάζεται σε ευχρωματίνη, όπως το Xa. Το ανενεργό Χ σχηματίζει ένα διακριτό σώμα μέσα στον πυρήνα που ονομάζεται σωμάτιο Μπαρ. Το σωμάτιο Barr βρίσκεται γενικά στην περιφέρεια του πυρήνα, καθυστερεί την αντιγραφή εντός του κυτταρικού κύκλου και, καθώς περιέχει το Xi, περιέχει τροποποιήσεις ετεροχρωματίνης και το RNA του Xist.
 Εκφρασμένα γονίδια στο ανενεργό χρωμόσωμα Χ 
Ένα κλάσμα των γονιδίων κατά μήκος του χρωμοσώματος Χ διαφεύγει της αδρανοποίησης στο Xi. Το γονίδιο Xist εκφράζεται σε υψηλά επίπεδα στο Xi και δεν εκφράζεται στο Xa. Πολλά άλλα γονίδια διαφεύγουν της αδρανοποίησης. Μερικά εκφράζονται εξίσου από τα Xa και Xi, και άλλα, ενώ εκφράζονται και από τα δύο χρωμοσώματα, εξακολουθούν να εκφράζονται κυρίως από το Xa. Έως και το ένα τέταρτο των γονιδίων στο ανθρώπινο Xi μπορούν να διαφύγουν. Μελέτες σε ποντίκια υποδεικνύουν ότι σε οποιονδήποτε δεδομένο τύπο κυττάρου, το 3% έως το 15% των γονιδίων διαφεύγουν της αδρανοποίησης και ότι η διαφυγή της ταυτότητας του γονιδίου ποικίλλει μεταξύ των ιστών.
Πολλά από τα γονίδια που διαφεύγουν της αδρανοποίησης είναι παρόντα κατά μήκος περιοχών του χρωμοσώματος Χ που, σε αντίθεση με την πλειοψηφία του χρωμοσώματος Χ, περιέχουν γονίδια που υπάρχουν επίσης στο χρωμόσωμα Υ. Αυτές οι περιοχές ονομάζονται ψευδοαυτοσωμικές (pseudoautosomal) περιοχές, καθώς τα άτομα οποιουδήποτε φύλου θα λάβουν δύο αντίγραφα από κάθε γονίδιο σε αυτές τις περιοχές (όπως ένα αυτόσωμα), σε αντίθεση με την πλειοψηφία των γονιδίων κατά μήκος των φυλετικών χρωμοσωμάτων. Δεδομένου ότι τα άτομα οποιουδήποτε φύλου θα λάβουν δύο αντίγραφα από κάθε γονίδιο σε μια ψευδοαυτοσωμική περιοχή, δεν απαιτείται αντιστάθμιση δόσης για τα θηλυκά, επομένως θεωρείται ότι αυτές οι περιοχές του DNA έχουν εξελίξει μηχανισμούς για να ξεφύγουν από την απενεργοποίηση του Χ. Τα γονίδια των ψευδοαυτοσωμικών περιοχών του Xi δεν έχουν τις τυπικές τροποποιήσεις του Xi και έχουν λίγο δεσμευμένο RNA στο Xist.
Η ύπαρξη γονιδίων κατά μήκος του ανενεργού Χ που δεν αποσιωπούνται εξηγεί τα ελαττώματα στους ανθρώπους με άτυπους αριθμούς του χρωμοσώματος Χ, όπως στο σύνδρομο Τέρνερ (X0, που προκαλείται από το γονίδιο SHOX ) ή στο σύνδρομο Κλαϊνφέλτερ (XXY). Θεωρητικά, η απενεργοποίηση Χ θα έπερεπε να εξαλείψει τις διαφορές στη δοσολογία των γονιδίων μεταξύ προσβεβλημένων ατόμων και ατόμων με τυπικό συμπλήρωμα χρωμοσώματος. Στα προσβεβλημένα άτομα, ωστόσο, η απενεργοποίηση του Χ είναι ατελής και η δοσολογία αυτών των μη σιγασμένων γονιδίων θα διαφέρει καθώς διαφεύγουν της απενεργοποίησης Χ, παρόμοια με μια αυτοσωμική ανευπλοειδία.
Οι ακριβείς μηχανισμοί που ελέγχουν τη διαφυγή από την απενεργοποίηση του Χ δεν είναι γνωστοί, αλλά οι περιοχές αποσιώπησης και διαφυγής έχουν αποδειχθεί ότι έχουν διακριτά σημάδια χρωματίνης. Έχει προταθεί ότι η διαφυγή από την απενεργοποίηση του Χ μπορεί να μεσολαβείται από την έκφραση του μακριού μη κωδικοποιητικού RNA (long non-coding RNA, lncRNA) εντός των διαφυγόντων χρωμοσωμικών περιοχών.

 Χρήσεις στην πειραματική βιολογία 
Ο Stanley Michael Gartler χρησιμοποίησε την αδρανοποίηση του χρωμοσώματος Χ για να αποδείξει την κλωνική προέλευση των καρκίνων. Η εξέταση φυσιολογικών ιστών και όγκων από ετερόζυγα θηλυκά για ισοένζυμα του φυλοσύνδετου γονιδίου -φωσφορική αφυδρογονάση της 6-γλυκόζης (glucose-6-phosphate dehydrogenase, G6PD) έδειξε ότι τα καρκινικά κύτταρα από τέτοια άτομα εκφράζουν μόνο μία μορφή G6PD, ενώ οι φυσιολογικοί ιστοί αποτελούνται από σχεδόν ίσο μείγμα κυττάρων που εκφράζουν τους δύο διαφορετικούς φαινότυπους. Αυτό το μοτίβο υποδηλώνει ότι ένα μεμονωμένο κύτταρο, και όχι ένας πληθυσμός, αναπτύσσεται σε καρκίνο. Ωστόσο, αυτό το μοτίβο έχει αποδειχθεί λάθος για πολλούς τύπους καρκίνου, υποδηλώνοντας ότι ορισμένοι καρκίνοι μπορεί να είναι πολυκλωνικής προέλευσης.
Επιπλέον, η μέτρηση της κατάστασης μεθυλίωσης (αδρανοποίησης) του πολυμορφικού υποδοχέα ανθρώπινου ανδρογόνου (polymorphic human androgen receptor, HUMARA) που βρίσκεται στο χρωμόσωμα Χ θεωρείται η πιο ακριβής μέθοδος για την αξιολόγηση της κλωνικότητας σε γυναικείες βιοψίες καρκίνου. Με αυτή τη μέθοδο δοκιμάστηκε μια μεγάλη ποικιλία όγκων, μερικοί, όπως το νεφρικό καρκίνωμα, βρέθηκαν μονοκλωνικά ενώ άλλα (π.χ. μεσοθηλίωμα ) αναφέρθηκαν ως πολυκλωνικά.
Οι ερευνητές έχουν επίσης διερευνήσει τη χρήση της αδρανοποίησης των χρωμοσωμάτων Χ για να αποσιωπήσουν τη δραστηριότητα των αυτοσωμικών χρωμοσωμάτων. Για παράδειγμα, οι Jiang κ.α. εισήγαγε ένα αντίγραφο του γονιδίου Xist σε ένα αντίγραφο του χρωμοσώματος 21 σε βλαστικά κύτταρα που προέρχεται από ένα άτομο με τρισωμία 21 (σύνδρομο Ντάουν). Το εισαγόμενο γονίδιο Xist προκαλεί σχηματισμό σωματιδίου Μπαρ, ενεργοποιεί σταθερές τροποποιήσεις της ετεροχρωματίνης και αποσιωπά τα περισσότερα γονίδια στο επιπλέον αντίγραφο του χρωμοσώματος 21. Σε αυτά τα τροποποιημένα βλαστοκύτταρα, η γονιδιακή σίγαση με τη μεσολάβηση Xist φαίνεται να αναστρέφει ορισμένα από τα ελαττώματα που σχετίζονται με το σύνδρομο Down.
Ιστορικό
Το 1959 ο Susumu Ohno έδειξε ότι τα δύο χρωμοσώματα Χ των θηλαστικών ήταν διαφορετικά: το ένα φαινόταν παρόμοιο με τα αυτοσώματα. το άλλο ήταν συμπυκνωμένο και ετεροχρωματικό. Αυτό το εύρημα υπέδειξε, ανεξάρτητα σε δύο ομάδες ερευνητών, ότι ένα από τα χρωμοσώματα Χ υπέστη αδρανοποίηση.
Το 1961, η Mary Lyon πρότεινε την τυχαία αδρανοποίηση ενός θηλυκού χρωμοσώματος Χ για να εξηγήσει τον διάστικτο φαινότυπο των θηλυκών ποντικών που ήταν ετερόζυγα για τα γονίδια του χρώματος του τριχώματος. Η υπόθεση της Λυόν έλαβε επίσης υπόψη τα ευρήματα ότι ένα αντίγραφο του χρωμοσώματος Χ στα θηλυκά κύτταρα ήταν πολύ συμπυκνωμένο και ότι τα ποντίκια με ένα μόνο αντίγραφο του χρωμοσώματος Χ αναπτύχθηκαν ως στείρα θηλυκά. Για αυτό πρότεινε, στον Ernest Beutler, μελετώντας ετερόζυγα θηλυκά για ανεπάρκεια στην αφυδρογονάση της 6-φωσφορικής γλυκόζης (G6PD), ότι υπήρχαν δύο πληθυσμοί ερυθροκυττάρων σε τέτοιους ετεροζυγώτες: ελαττωματικά κύτταρα και φυσιολογικά κύτταρα, ανάλογα με το αν το αδρανοποιημένο χρωμόσωμα Χ (στον πυρήνα του πρόδρομου κυττάρου των ερυθρών αιμοσφαιρίων) περιέχει το φυσιολογικό ή το ελαττωματικό αλληλόμορφο G6PD.

 Παραπομπές 

 Παραπέρα μελέτη 







Εξωτερικοί σύνδεσμοι



Κατηγορία:Μοριακή γενετική
Κατηγορία:Γενετική
Κατηγορία:Επιγενετική
Κατηγορία:Συστήματα καθορισμού φύλου