雌性胚胎發育過程中，X染色體是如何隨機失活的？

2020-08-20 科技工作者


眾所周知，雌性擁有兩條X染色體，每條都攜帶著許多基因，如果這兩條X染色體上的基因都表達，就會對細胞造成毒性。為了避免這種毒性，雌性進化出一種機制——在胚胎發育的過程中，隨機失活一條X染色體，即X染色體失活現象（XCI）。XCI對雌性的正常發育至關重要，如果這個過程出現問題，也可能會導致X染色體的相關疾病，如Rett綜合症。

近日，來自美國麻薩諸塞州總醫院（MGH）的研究人員在XCI現象中發現了起到關鍵作用的一種酶——DCP1A，並進一步解析了XCI的謎團，相關論文發表在《自然細胞生物學》雜誌上。

多年來，研究人員在理解XCI的發生機制方面取得了長足的進展。2006年，由MGH分子生物學系的Jeannie Lee博士領導的研究小組報告說，在胚胎發育過程中，兩條X染色體會短暫地結合在一起，而且這種配對對於細胞決定哪條X染色體失活是必要的。「但是直到現在，沒有人知道兩條X染色體是如何對話並做出隨機沉默的決定的。」Lee說，她是這項新研究的通訊作者。

為了找到答案，Lee等人開發出了複雜的分子工具，來研究XCI中的關鍵蛋白質。在配對之前，兩條X染色體是相同的，表達相同的基因。特別是，它們都表達了一種叫做Xist的非編碼RNA，它在滅活X染色體中起著至關重要的作用。同時它們也表達另一種的非編碼RNA——Tsix，它能夠封鎖Xist並阻礙XCI。

在這項研究中，Lee等人發現，一種名為DCP1A的酶會隨機選擇一條X染色體，並在此過程中切斷或「剝開」Tsix的保護層，使其變得不穩定。然而，由於DCP1A的數量非常少，因此僅能與一條X染色體結合。「DCP1A觸發了啟動整個X染色體失活級聯的開關。」Lee說。

隨後，在配對過程中將X染色體結合在一起的「膠水」——一種名為CTCF的蛋白質，會與不穩定的Tsix RNA結合，並導致其永久關閉，然後Xist就順利完成了XCI。「DCP1A讓兩條X染色體之間進行了一次致命的『對話』。」Lee說。

此外，她還指出，許多其他的例子表明，為了保持健康狀態，身體必須選擇表達哪個基因拷貝。「我們的發現將有助於科學家們了解細胞中其他分子的對話是如何發生的。」Lee說。

編譯：花花 審稿：西莫 責編：橘子

期刊來源：《自然細胞生物學》

期刊編號：1465-7392

原文連結：https://phys.org/news/2020-08-reveals-sex-chromosomes-female-embryo.html

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