Nieaktywacja chromosomu X, tajemnica odkryta

Niezaktywacja chromosomu X, proces pozwalający na równość ekspresji genowej między samcami i samicami, właśnie został nieco lepiej zrozumiany, a to dzięki pracom przeprowadzanym w pocie czoła naukowców francuskich. Mimo podobnych rezultatów u wszystkich ssaków, zjawiska, które są tego przyczyną, zmieniają się w zależności od gatunków.

Podczas gdy wszystkie chromosomy autosomalne (homologiczne, niepłciowe) są obecne w dwóch egzemplarzach u ssaków obydwu płci, stwierdzono, że istnieje bardzo znacząca różnica dla chromosomów płciowych. U samic, wszystkie komórki są poświęcone dwóm chromosomom X, podczas gdy jeden chromosom Y działa jako drugi chromosom płciowy u samców.

Chromosom męski jest dużo mniejszy niż jego homolog żeński (150 000 000 par baz dla chromosomu X i tylko 57 milionów par baz dla chromosomu Y), a więc koduje on o wiele mniej genów. Kobiety posiadałyby więc podwójną porcję genów niesionych przez chromosom X, gdyby nie istniał naturalny mechanizm genetyczny, zdolny do równoważenia ekspresji genów płciowych u obydwu płci: to jest właśnie ten proces, który nazywamy nieaktywacją chromosomu X.

Przypadkowy proces

Co to więc dokładnie jest, ta nieaktywancja chromosomu X? Otóż, mechanizm ten polega na wymuszonym wygaszeniu jednego z dwóch chromosomów X w każdej komórce, poczynając od embriogenezy, w taki sposób, że jeden z dwóch chromosomów może wyrażać całkowicie swobodnie swoje geny, a drugi chromosom jest zachowany w stanie wyciszonym.

Dzięki temu procesowi, poziom ekspresji genów chromosomu X jest więc identyczyny, niezależnie od płci. Co zadziwiające, chromosom nieaktywny w każdej komórce zdaje się być wybierany w sposób zupełnie przypadkowy.

W niektórych komórkach, chromosom X wygaszony pochodzi od ojca, podczas gdy komórka obok może posiadać wygaszony chromosom od matki. Jednakże, kiedy tylko taki wybór zostanie dokonany, przenosi on się w sposób stały do komórek-córek, przy każdym podziale komórkowym.

Grupy komórek sąsiadujących posiadają więc te same właściwości, tak jak zaobserwowano to z łatwością u samic kotów o trójkolorowym ubarwieniu, obdarzonych sierścią o łatach czarnych, rudych oraz białych (gdzie gen koloru jest zlokalizowany na chromosomie X).

Geny Xist i Tsix

Przypadek tej nieaktywacji chromosomu jest znany już do dawna, ale jej uruchomienie – zasady, na jakich to się odbywa - ma pozostawać tajemnicą dla naukowców. Przynajmniej na razie.

Aczkolwiek, naukowcy wiedzieli już, że geny kodowane przez chromosomy X były zamieszane w ten wybór. W rzeczywistości, pewien szczególny region chromosomu X, centrum nieaktwacji, produkuje dwa RNA niepoddane translacji, nazwane Xist (od angielskiej nazwy X-inactive specific transcript) oraz Tsix.

Posiadają one komplementarne sekwencje nukleotydowe, które pozwalają one tym drugim regulować produkcję tych pierwszych, co jest bezpośrednio związane z fenomenem aktywacji.

Od początku syntezowany w sposób ekwiwalentny przez dwa chromosomy X, RNA Xist jest w efekcie końcowym wyrażany jedynie przez nieaktywny chromosom X, który okazuje się dosłownie objęty przez te transkrypty.

Chromosomy tańczą i wchodzą w interakcje

Ale geny nie są jedynymi odpowiedzialnymi za zjawisko nieaktywacji. Bezpośrednia interakcja, bardzo mądrze zorganizowana między dwoma chromosomami X, mogła zostać wykazana przez ekipę badawczą prowadzoną przez panią Edith Heard (Institut Curie/CNRS UMR 3215/Inserm U934, Francja), podczas obserwacji w czasie rzeczywistym komórek embrionalnych myszy.

Chromosomy w rzeczywistości doświadczają wzrostu swojej mobilności, co prowadzi do kolizji między dwoma centrami nieaktywacji. Na początku wszystko odbywa się bardzo szybko; ruchy są bardzo krótkie i prędkie. Później przychodzi dłuższy okres, gdzie dwa chromosomy są jakby związane jeden z drugim, według rezultatów, które ukazały się w przeglądzie Cell.

Ta interakcja prowadzi do zmniejszenia ekspresji genu Tsix, przez jeden z dwóch chromosomów, co pozwala na to, żeby gen Xist był wyrażany w większych ilościach przez ten sam chromosom. Będzie on więc przedmiotem nieaktywacji.

Różnice między gatunkami

Jeśli więc nawet ten „balet” chromosomów a priori ma miejsce u wszystkich ssaków, to zaobserwowano wielkie różnice między gatunkami, a obserwacji tych dokonała ta sama ekipa naukowców, według artykułu opublikowanego w przeglądzie Nature.

U myszy, chromosom pochodzący od ojca jest zawsze nieaktywowany na pierwszym miejscu, we wczesnych stadiach rozwoju embrionalnego, a następnie jest reaktywowany. Definitywny wybór chromosomu, który ma być wygaszony, będzie dokonany po prostu później.

Natomiast, u ludzi albo u królików, tej pierwszej nieaktywacji nie odnaleziono, tak samo jak i gen Tsix zdaje się nie ogrywać równie ważnej roli co u myszy.

Niektóre z wcześniej dokonanych obserwacji u myszy niekoniecznie mogą być przeniesione na inne gatunki. Jednakże, zrozumienie procesu nieaktywacji chromosomu X u ssaków oparło się w znacznej mierze na badaniach przeprowadzonych na myszach, które pozostają w dalszym ciągu modelem pozwalającym zrozumieć mechanizmy epigenetyczne, wyjaśniła pani Edith Heard, w komunikacie wydanym przez CNRS.