Природа гарантирует, что этого не произойдет: одна из Х-хромосом полностью и навсегда инактивирована во время раннего развития женщины в утробе матери. Механизм, ответственный за эту инактивацию, еще полностью не изучен. Однако исследования на мышах показали, что молекула рибонуклеиновой кислоты (РНК) под названием Xist играет ключевую роль в этом процессе.
Несколько сотен копий этой молекулы прикрепляются к одной из двух Х-хромосом.
Ученые считают, что эти молекулы РНК присоединяются к другим молекулам, которые затем инактивируют хромосому. Группа исследователей под руководством Антона Вутца, профессора генетики ETH Zurich, открыла несколько таких молекул инактивации.Скрининг на спасение клетокС этой целью ученые использовали стволовые клетки мыши, которые обладали двумя особыми характеристиками.
Во-первых, как и неоплодотворенные яйцеклетки (и в отличие от соматических клеток), у них был только один экземпляр каждой хромосомы. Во-вторых, они были модифицированы до такой степени, что позволили ученым непрерывно производить РНК Xist. Это привело к инактивации единственной Х-хромосомы и гибели клеток, поскольку гены, необходимые для их дальнейшего выживания, больше не могли быть прочитаны.В крупномасштабном скрининговом эксперименте с использованием этих стволовых клеток ученые смогли определить, какие гены важны для инактивации X. Эксперимент можно рассматривать как своего рода операцию по спасению стволовых клеток, которые в противном случае погибли бы.
В частности, исследователи использовали вирус для случайного повреждения отдельных генов в генетическом материале большого количества стволовых клеток. Вставки вируса, которые разрушили ген, который требовался для РНК Xist, чтобы инактивировать Х-хромосому, Х-хромосома не была инактивирована, и соответствующие клетки выжили.Таким образом, ученые смогли выделить выжившие стволовые клетки и идентифицировать семь генов, которые играют центральную роль в инактивации X. Один из них называется Спен. Ученые уже знали, что Спен производит белок, который позволяет ему связываться с РНК и по существу препятствует считыванию генов.
В других экспериментах исследователи ETH смогли показать, что если в клетке мыши отсутствует ген Spen, белки, ответственные за изменение структуры хромосомы, не могут так эффективно накапливаться в X-хромосоме. Профессор ETH Вутц объясняет, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять, как именно работает этот механизм и какую роль в нем играют другие недавно открытые гены.
Исследования стали возможными благодаря более ранним достижениям«Подобные генетические исследования чрезвычайно сложны», — говорит Вутц. Например, значительный объем знаний о генетике млекопитающих основан на выводах, полученных в результате исследований дрозофилид (плодовых мушек), которые являются модельными организмами для биологии и, в частности, для генетических исследований.
Однако, в отличие от млекопитающих, у плодовых мушек другая хромосомная система, которая не включает инактивацию Х-хромосомы. Следовательно, вы не можете использовать генетику плодовых мух для поиска генов-кандидатов у млекопитающих.
По словам профессора, методологические успехи последних лет сделали его исследования возможными. Исследования этого типа теперь возможны благодаря стволовым клеткам с простым набором хромосом, созданным Вутцем пять лет назад, когда он еще учился в Кембриджском университете.Исследователи ETH опубликовали свою работу в последнем выпуске научного журнала Cell Reports.
Британская исследовательская группа также опубликовала свои выводы в том же номере. Используя другой метод — РНК-интерференцию, они обнаружили несколько генов, участвующих в инактивации X. Один из них — Спен.Незначительные различия у людейГены Xist и Spen также обнаружены у людей.
Таким образом, как указывает Вутц, это исследование предлагает нам некоторое представление о человеческой системе — по крайней мере, на теоретическом уровне, поскольку генетику мышей нельзя сопоставить напрямую с людьми.Несколько лет назад группа французских исследователей предположила, что, помимо Xist, у людей есть еще одна система, которая гарантирует, что одна X-хромосома у мужчин и одна из двух X-хромосом у женщин остаются активными. У мышей такой активирующей системы не существует. Таким образом, из-за взаимодействия активирующих и инактивирующих факторов регулирование Х-хромосом у людей может быть более сложным, чем первоначально предполагалось.
Генетикам, желающим детально разобраться в этих процессах, еще предстоит много работы.