X-kromosomin inaktivaatio ( eng. X-inactivation, lyonization ) on epigeneettinen prosessi, jonka seurauksena varhaisen alkionkehityksen aikana toinen naarasnisäkkäiden soluissa olevista kahdesta X-kromosomien kopiosta muuttuu transkriptionaalisesti äänettömäksi. Tässä tapauksessa inaktiivisen X-kromosomin DNA muodostaa fakultatiivisen heterokromatiinin .
X-kromosomin inaktivoituminen tapahtuu naarasnisäkkäiden soluissa siten, että X-kromosomin kaksi kopiota ei muodosta kaksinkertaista määrää vastaavien geenien tuotteita kuin urosnisäkkäillä. Tätä prosessia kutsutaan geenien annoskompensaatioksi . Istukkaissa inaktivoitavan X-kromosomin valinta on satunnainen (kuten hiiren ja ihmisen solujen kohdalla on esitetty). Inaktivoitu X-kromosomi pysyy inaktiivisena kaikissa myöhemmissä jakautumisen seurauksena syntyneissä tytärsoluissa.
Vuonna 1959 Susumu Ohno osoitti, että toinen naisten kahdesta X-kromosomista käyttäytyi kuin autosomi, kun taas toinen oli heterokromatiinitilassa. [2] Kaksi tutkijaryhmää ehdotti itsenäisesti, että toinen kahdesta X-kromosomista inaktivoituu. Vuonna 1961 Mary Lyon ehdotti, että yhden X-kromosomin inaktivointi naarailla aiheuttaa täplän turkin värin hiirissä, jotka ovat heterotsygoottisia värigeenien suhteen. [3] Lyonin hypoteesi yksittäisestä X-inaktivaatiosta nisäkkäiden naarassoluissa selitti myös sen tosiasian, että hiirillä, joilla on vain yksi X-kromosomi, on naarasfenotyyppi . Ernest Beutler , tutkiessaan heterotsygoottisia naaraita, joista puuttuu entsyymi glukoosi-6-fosfataasidehydrogenaasi, Lyonista riippumatta, ehdotti kahden tyyppisten erytrosyyttien olemassaoloa heterotsygoottisissa organismeissa - entsyymipuutteellisia ja normaaleja. [neljä]
Kaksi- tai nelisoluisen hiiren alkion vaiheessa isän X-kromosomi inaktivoituu imprinting -mekanismilla . [5] [6] [7] Varhaisessa blastokystavaiheessa molemmat X-kromosomit aktivoituvat sisäisen solumassan soluissa . Sitten kaikissa blastokystan sisäisen solumassan soluissa yksi X-kromosomeista inaktivoituu peruuttamattomasti ja toisistaan riippumatta. Tässä alkionkehityksen varhaisessa vaiheessa inaktivoituna X-kromosomi inaktivoituu sitten kaikissa solun somaattisissa jälkeläissoluissa. X-kromosomin inaktivoituminen on päinvastainen naisen ituradan soluissa, ja siksi kaikki munasolut sisältävät molemmat aktiiviset X-kromosomit.
On osoitettu, että X-kromosomin normaali tila nisäkässoluissa on inaktivoitu tila, koska organismeissa tai soluissa, jotka sisältävät enemmän kuin kaksi X-kromosomia, vain yksi on aktiivinen, kun taas muut X-kromosomit ovat inaktiivisia. X-kromosomin inaktivointikeskuksen - XIC ( englanniksi X inaktivaatiokeskus ) -kohdan läsnäolo X-kromosomeissa on esitetty. Inaktivaatiokeskuksen läsnäolo on välttämätöntä ja riittävää X-kromosomin inaktivoitumiseen. XIC:tä sisältävän kromosomialueen translokaatio autosomiin johtaa vastaavan autosomin inaktivoitumiseen, kun taas X-kromosomit, joista puuttuu XIC, pysyvät aktiivisina.
XIC-alue sisältää kaksi ei-koodaavaa RNA-geeniä , joita ei transloida proteiiniksi - Xist ja Tsix , jotka osallistuvat X-kromosomin inaktivaatioon. XIC sisältää myös sitoutumiskohdat vastaaville säätelyproteiineille.
Xist on geeni, joka koodaa pitkää ei-koodaavaa RNA- molekyyliä , joka välittää sen X-kromosomin spesifistä inaktivaatiota, josta se transkriptoitiin. [8] Inaktiivinen X-kromosomi on peitetty Xist-geenistä transkriptoidulla RNA:lla, [9] aktiivinen X-kromosomi ei ole sellaisen RNA:n peitossa. Xist-geeni ilmentyy vain inaktiivisesta X-kromosomista; kromosomeja, jotka eivät sisällä Xist-geeniä, ei voida inaktivoida. [10] Xist-geenin keinotekoinen siirto muihin kromosomeihin ja sen ilmentyminen johtaa muiden kromosomien inaktivoitumiseen. [11] [12]
Inaktivaatiohetkeen asti molemmat X-kromosomit ilmentävät heikosti Xist-geenin RNA-tuotetta; inaktivaatioprosessin aikana Xist-ilmentyminen aktiivisessa kromosomissa vähenee, kun taas inaktivoidussa kromosomissa se lisääntyy. Xist-geenituote kattaa vähitellen inaktivoidun kromosomin XIC-alueelta alkaen; [11] Inaktivoidun kromosomin geenin hiljentäminen alkaa pian sen jälkeen, kun Xist-geenin transkripti peittää kromosomin.
Tsix on pitkä RNA-molekyyli, joka ei koodaa proteiinia. Tsix-transkripti on antisense Xist-geenin transkriptille, eli se on transkriptoitu saman geenin vastakkaisesta DNA-juosteesta. [13] Tsix on Xistin negatiivinen säädin; X-kromosomit, jotka eivät ilmennä Tsix-kromosomia ja joilla on siksi lisääntynyt Xist-ilmentymistaso, inaktivoituvat paljon useammin kuin normaalit kromosomit.
Kuten Xist-geenin tapauksessa, ennen inaktivointia molemmat X-kromosomit ilmentävät heikosti vastaavan geenin Tsix-geenin RNA:ta. Kun X-kromosomin inaktivoituminen alkaa, tuleva inaktivoitu kromosomi lopettaa Tsix-RNA:n ilmentämisen, kun taas aktiivinen kromosomi jatkaa Tsix-ilmentymistä vielä useita päiviä.
Barrin kehoa kutsutaan X-kromosomiksi, jonka DNA on heterokromatiinitilassa . [14] Barr-runko sisältää Xist -geenin tuotteen , sijaitsee yleensä ytimen reuna-alueella, Barrin kehon DNA replikoituu myöhään .