研究背景
在哺乳動物中，雄性和雌性之間的X連鎖基因的劑量補(bǔ)償是通過長非編碼 RNA Xist 調(diào)節(jié)的X染色體失活（XCI）實(shí)現(xiàn)的。
X染色體失活是指雌性胚胎中的細(xì)胞會關(guān)閉其兩條X染色體中的一條，只留下一條功能性的X染色體。X染色體失活異常，會引起嚴(yán)重的胚胎發(fā)育缺陷，多種人類智力缺陷疾病，甚至胚胎死亡。因此，探究失活X染色體高級結(jié)構(gòu)的從頭建立過程和背后機(jī)制有著重要意義。
文獻(xiàn)來源
于是，相關(guān)研究結(jié)果于2024年9月10號在線發(fā)表在Nature Genetics期刊上，論文標(biāo)題為“Stepwise de novo establishment of inactive X chromosome architecture in early development”。
項(xiàng)目研究
該研究使用sisHi-C技術(shù)，系統(tǒng)地分析了從單細(xì)胞胚胎到E9.5胚外細(xì)胞和E13.5胚胎細(xì)胞的小鼠X染色體的3D染色體結(jié)構(gòu)，包含X染色體印記失活和隨機(jī)失活的建立和維持過程。
研究結(jié)果揭示了XCI首次在體內(nèi)建立時(shí)X染色體逐步折疊的動力學(xué)和機(jī)制，在8-細(xì)胞階段的胚胎發(fā)育減弱，囊胚中出現(xiàn)S1/S2樣隔室，以及E6.5胚外組織中隔室的減少。
最后，Xi結(jié)構(gòu)的特征是在小鼠著床后胚外組織中出現(xiàn)一種獨(dú)特的以Xist位點(diǎn)為邊界的超級結(jié)構(gòu)域，被命名為X-megadomains，這一結(jié)構(gòu)域也在胚胎組織中短暫發(fā)生。之前報(bào)道的D-megadomains是在胚胎發(fā)育后期出現(xiàn)，并且具有小鼠品系特異性。此外，X-megadomains也存在于體外培養(yǎng)的胚外內(nèi)胚層干細(xì)胞（XEN）。
圖1 小鼠胚胎發(fā)育中失活X染色體結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化
X-megadomain的形成與早期胚胎中Xist基因上游調(diào)控區(qū)域（XRR）的強(qiáng)增強(qiáng)子活性和粘著蛋白結(jié)合相一致。于是，作者提出了Xist基因上游調(diào)控區(qū)域（XRR）高度活躍的增強(qiáng)子信號促進(jìn)Cohesin在該區(qū)域大量裝載，導(dǎo)致Cohesin在附近區(qū)域大量積累，并通過環(huán)擠壓(loop extrusion)形成X-megadomains的分子機(jī)制。
當(dāng)Xist基因上游調(diào)控區(qū)域被破壞或Cohesin降解后會損害胚外內(nèi)胚層細(xì)胞中的X-megadomains，并引起Xist位點(diǎn)附近轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件和基因的異常激活。以上表明Cohesin結(jié)合在Xist調(diào)控區(qū)域使得附近活躍的DNA區(qū)域?qū)崿F(xiàn)自我隔離，阻止其轉(zhuǎn)錄活性向周邊區(qū)域擴(kuò)散，從而避免周圍轉(zhuǎn)錄沉默基因的異常激活。
圖2 Cohesin介導(dǎo)的失活X染色體上活躍轉(zhuǎn)錄基因的自我隔離
研究結(jié)論
總之，該項(xiàng)研究揭示了在小鼠發(fā)育早期從頭建立XCI過程中染色體結(jié)構(gòu)的動態(tài)重組過程，并進(jìn)一步闡明了3D基因組在平衡基因沉默和選擇性激活必需基因方面的潛在功能。
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原文引用
“Immortalized MEF cell lines were obtained with two strategies: spontaneous immortalization via serial passages and overexpression of an oncogene via SV40 lentiviral (Genomeditech,cat. no.GM0220SV02-S).”
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https://www.nature.com/articles/s41588-024-01897-2
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