Inactivare X înclinată - Skewed X-inactivation
Inactivarea cromozomului X oblică ( inactivarea X oblică ) apare atunci când inactivarea X a unui cromozom X este favorizată față de cealaltă, ducând la un număr inegal de celule cu fiecare cromozom inactivat. De obicei, este definit ca o alelă care se găsește pe cromozomul X activ în peste 75% din celule, iar înclinarea extremă este atunci când peste 90% din celule au inactivat același cromozom X. Poate fi cauzată de inactivarea primară non-aleatorie, fie din întâmplare din cauza unui mic grup de celule sau dirijată de gene, fie de inactivarea secundară non-random, care are loc prin selecție .
Inactivarea cromozomului X apare la femei pentru a asigura compensarea dozelor între sexe. Dacă femelele ar păstra ambii cromozomi X activi, ar avea de două ori numărul de gene X active decât masculii, care au doar o copie a cromozomului X. Aproximativ la momentul implantării embrionare , unul dintre cei doi cromozomi X din fiecare celulă a embrionului feminin este selectat aleatoriu pentru inactivare. Celulele suferă apoi modificări transcripționale și epigenetice pentru a se asigura că această inactivare este permanentă (cum ar fi metilarea și modificarea în corpuri Barr ). Toți descendenții din aceste celule inițiale vor menține inactivarea aceluiași cromozom, rezultând un tipar mozaic fenotipic de celule la femele, deși nu un mozaic genotipic .
Majoritatea femelelor vor avea unele niveluri de înclinare. Este relativ frecvent la femelele adulte; aproximativ 35% dintre femei au un raport înclinat peste 70:30, iar 7% dintre femei au un raport înclinat extrem de peste 90:10. Acest lucru are o semnificație medicală, datorită potențialului de exprimare a genelor de boală prezente pe cromozomul X care în mod normal nu sunt exprimate din cauza inactivării X aleatorii.
Cauze
Inactivare primară non-aleatorie
Inactivarea X aleatorie duce la o inactivare X distorsionată. Inactivarea X aleatorie poate fi cauzată de întâmplare sau dirijată de gene. În cazul în care grupul inițial de celule în care apare inactivarea X este mic, șansa poate provoca înclinarea la unii indivizi, determinând o proporție mai mare din grupul inițial de celule să inactiveze un cromozom X. O reducere a dimensiunii acestui grup inițial de celule ar crește probabilitatea apariției înclinării. Această înclinare poate fi apoi moștenită de celulele descendente sau crescută prin selecție secundară.
S-a constatat că gena elementului de control al cromozomului X (Xce) la șoareci influențează înclinarea mediată genetic. Nu se știe dacă o genă similară joacă un rol în inactivarea X umană, deși un studiu din 2008 a constatat că înclinarea la oameni este cauzată în principal de evenimente secundare, mai degrabă decât de o tendință genetică.
Există o rată de concordanță mult mai mare la gemenii identici genetic (monozigoți) comparativ cu gemenii neidentici (dizigotici), ceea ce sugerează un aport genetic puternic. Cu toate acestea, a existat o diferență de 10% în înclinarea gemenilor identici genetic, deci există și alți factori care contribuie în afara geneticii. Este dificil de identificat inactivarea primară non-aleatorie la om, deoarece selecția timpurie a celulelor are loc la embrion. Mutația și imprimarea genei XIST , o parte a centrului de inactivare X, poate avea ca rezultat o înclinare. Acest lucru este rar la om.
Xce
Inactivarea X înclinată la șoareci este controlată de gena Xce de pe cromozomul X. Xce acționează în cis , ceea ce înseamnă că acționează asupra cromozomului din care a fost transcris. Există patru alele ale Xce, etichetate a , b , c și d . Fiecare alelă are o probabilitate diferită de inactivare, cu un < b < c < d , unde d este cel mai probabil să rămână activ și a este cel mai puțin probabil. Diferențele de forță dintre cele patru alele se datorează probabil variațiilor numărului de site-uri de legare pentru un actor crucial în inactivare. Transfactorul specific nu este cunoscut în prezent.
Celulele homozigotice de șoarece vor avea niveluri de inactivare aproximativ egale datorită ambelor alele având șanse egale de a fi inactivate. De exemplu, un șoarece cu genotipul dd va avea un raport de inactivare foarte apropiat de 50:50. Heterozigoții, vor experimenta niveluri mai mari de înclinare din cauza probabilității diferite de inactivare a celor două alele. O celulă de șoarece cu genotip Xce anunțul va avea un număr mai mare de A -carrying decât d -carrying cromozomi X inactivat, deoarece d -carrying cromozomul X este mai puțin probabil să fie inactivate.
Există două teorii despre mecanismul pe care Xce îl folosește pentru a afecta inactivarea. Primul este că diferențele genomice din alelele Xce modifică secvența ARN-ului lung necodificator care face parte integrantă din inactivarea cromozomului X. Al doilea este că Xce acționează ca un site de legare pentru factorii de dozare care vor afecta expresia genei XIST și Tsix (ARN-uri lungi necodificatoare implicate în inactivarea cromozomului X).
Părinte de origine
Inclinarea poate fi, de asemenea, influențată de efectul părinte de origine, în care înclinarea devine părtinitoare fie către cromozomul matern, fie paternal. Studiile au sugerat o genă legată de X sau gene care controlează acest efect, dar gena exactă nu a fost încă identificată.
Un studiu din 2010 a găsit o mică, dar semnificativă subexpresie a cromozomului X paternal la șoareci. Se constată că țesuturile extraembrionare inactivează în mod preferențial cromozomul X patern. Marsupialele vor inactiva întotdeauna cromozomul paternal X, într-un proces numit imprinting . Cercetătorii au emis ipoteza unei legături între ușoara preferință pentru inactivarea X-ului paternal în țesutul șoarecilor și preferința în țesutul extra-embrionar și Marsupialele. Poate exista o marcă epigenetică conservată care conduce această preferință.
Mutații promotor
Modele de inactivare înclinate pot apărea, de asemenea, din cauza mutațiilor care modifică cantitatea de guanină pe promotorul Xist. Gena Xist este responsabilă pentru inactivarea cromozomului X din care este transcrisă. Inactivarea cromozomului X în general este influențată de numărul de nucleotide care conțin guanină pe promotorul Xist, deși, în general, inactivarea urmează în continuare un model aleatoriu. Cu toate acestea, poate apărea o mutație rară în care un reziduu de citozină este transformat în guanină pe promotorul Xist. S-a emis ipoteza că mutația provoacă o schimbare a transcrierii Xist sau a nivelurilor de transcriere produse, ceea ce determină celula să facă diferența între cei doi cromozomi X și face ca cromozomul cu mutația să devină preferențial inactivat. Mecanismul nu a fost pe deplin elucidat în acest moment, deși cercetările indică scăderea activității promotorului ca urmare a mutației fiind o parte majoră a procesului.
Îndoire secundară
Înclinarea secundară apare atunci când o mutație legată de X afectează proliferarea sau supraviețuirea celulei. Dacă o mutație pe un cromozom X afectează negativ capacitatea celulei de a prolifera sau supraviețui, va ajunge să existe o proporție mai mare de celule cu celălalt cromozom X activ. Această selecție a unui cromozom X poate varia între tipurile de țesuturi, deoarece depinde de gena specifică și de activitatea acesteia în țesut, cu celule care se divid rapid, oferind proceselor de selecție mai mult timp pentru a lucra. Celulele sanguine , de exemplu, tind să aibă cele mai mari rate de înclinare datorită ratei extrem de mari de divizare și înlocuire în corpul uman. Puterea selecției poate varia, de asemenea, în funcție de gena selectată, astfel încât înclinarea poate apărea la ritmuri diferite și în diferite măsuri.
Selecția secundară tinde să provoace o creștere a înclinării odată cu vârsta. Acest lucru se datorează în primul rând unei perioade mai lungi pe care presiunea selectivă are loc în care să acționeze. Inclinarea este încă observată la copiii mici, dar cu o frecvență mai mică și la niveluri mai puțin extreme în majoritatea cazurilor.
Semnificația clinică
Inactivarea X înclinată are semnificație medicală datorită impactului său asupra bolilor legate de X. Inclinarea cromozomului X are capacitatea de a amplifica bolile de pe cromozomul X. La femeile de tip sălbatic, bolile recesive ale cromozomului X sunt adesea neexprimate din cauza procesului de inactivare aproximativ uniform, care împiedică exprimarea puternică a alelelor mutante. Cu toate acestea, inactivarea înclinată poate duce la o expresie mai severă a bolii.
Alela legată de X bolnavă poate provoca, de asemenea, o selecție puternică într-un heterozigot pentru celulele cu alela bolnavă pe cromozomul inactiv. Prin urmare, o înclinație puternică la membrii de sex feminin ai unei familii poate sugera că sunt purtători ai unei boli legate de X.
Predispoziția cancerului
De asemenea, s-a constatat că inactivarea X înclinată se corelează cu o rată mai mare de cancer ovarian , deși mecanismul din spatele acestuia este necunoscut. Un studiu din 2013 a constatat, de asemenea, că inactivarea X distorsionată este un factor care predispune indivizii la carcinoamele esofagiene . S-a postulat că inactivarea X distorsionată ar putea duce la o scădere a expresiei genelor supresoare tumorale legate de X la un individ care are și o mutație a liniei germinale în cromozomul exprimat. Acest lucru ar face ca gena de pe acel cromozom să devină sub-exprimată, ceea ce face mai dificilă reglarea corectă a celulelor. Alți cercetători au susținut că o astfel de mutație ar duce la rate mai mari de cancer la femeile de tip sălbatic, deoarece aproximativ jumătate din celule nu ar exprima gena din cauza inactivării aleatorii. S-ar vedea, de asemenea, o rată mai mare de cancer la bărbații cu mutație. În schimb, cercetătorii au propus ca cauza cancerului și a inactivării înclinate să fie potențial evenimente separate sau ambele să fie cauzate de o sursă necunoscută.
Sindromul Rett
Sindromul Rett este o tulburare genetică cauzată de o mutație a genei MECP2 pe cromozomul X. Boala apare mai ales la femei și implică mișcări repetitive ale mâinilor, convulsii frecvente și pierderea abilităților vocale și, uneori, a abilităților motorii. Femeile cu o copie a alelei mutante prezintă simptome de întârziere mintală severă. Au fost descriși purtători asimptomatici și pacienți cu simptome foarte ușoare, care pot prezenta o inactivare X înclinată care favorizează inactivarea alelei mutante. Purtătorii asimptomatici pot transmite alela mutantă fiicelor lor, care pot prezenta simptome complete dacă nu apare o înclinare. Majoritatea cazurilor de sindrom Rett nu prezintă înclinări.
Autoimunitate
Inactivarea X înclinată a fost corelată cu mai multe boli autoimune , inclusiv boala tiroidiană autoimună (ATD) și sclerodermia . Boala tiroidiană autoimună este o boală care implică glanda tiroidă . Sistemul imunitar al celor care suferă de această afecțiune recunosc tiroida ca fiind străină și o atacă, provocând atrofia acesteia . Femeile au o predispoziție către afecțiune, iar cercetările indică faptul că acest lucru s-ar putea datora parțial unei inactivări X distorsionate. S-a descoperit că atunci când s-au examinat gemenii cu boala, prevalența înclinării a fost peste 30% comparativ cu 11% în grupul de control al femeilor de tip sălbatic, indicând faptul că înclinarea cromozomului X ar putea fi implicată în cauza afecțiunii. . Rezultate similare au fost observate și în sclerodermia, care implică întărirea pielii și a organelor interne. Nivelurile de înclinare au fost găsite la 64% dintre pacienții informativi, comparativ cu doar 8% din grupul de control, indicând, de asemenea, o corelație puternică și o posibilă cauză. Mecanismul din spatele ambelor condiții nu este clar în acest moment.
Autism
Nivelurile mai ridicate de inactivare a cromozomului X înclinate au fost corelate cu cazurile de autism la femei. 33% dintre femeile cu autism au prezentat niveluri extreme de înclinare, doar 11% din controlul de tip sălbatic având niveluri extreme de înclinare. Studiul a relevat, de asemenea, că mămicile fiicelor autiste cu înclinare au avut, de asemenea, niveluri semnificative de înclinare, indicând un nivel mai ridicat de ereditate în comparație cu populația de tip sălbatic. Motivul din spatele acestui lucru este în prezent necunoscut, deoarece nu au fost detectate mutații în promotorul Xist .
Sindromul Klinefelter
Pacienții Klinefelter 47, XXY și 48, XXYY s-au dovedit a avea niveluri semnificativ înclinate ale cromozomului X la 31% dintre pacienții examinați, cercetătorii prezicând că această înclinare ar putea fi responsabilă pentru deficiențele mentale și anomaliile prezente. Diferite forme ale bolii au arătat, de asemenea, o activare preferențială față de cromozomul X matern sau paternal. Acest lucru ar putea indica faptul că efectele părinte-de-origine, cum ar fi imprimarea, ar putea fi implicate cu înclinarea cromozomului X.
Metabolism
Boala de stocare a glicogenului legat de X (GSD IXa) este o tulburare metabolică observată de obicei doar la bărbați din cauza tiparului de moștenire legat de X. Deoarece femeile sunt modele de mozaic atunci când vine vorba de expresia genelor, ele tind să mascheze mutațiile legate de X folosind celălalt X pentru a compensa. Inactivarea X înclinată care are ca rezultat exprimarea cromozomului X defect poate provoca mutații legate de X la femei.
Problema care apare în IXa este un defect al fosforilazei kinazei (PHK). PHK activează glicogen fosforilaza , care este o enzimă cheie pentru mobilizarea glucozei din glicogen stocat, prin fosforilare . Glicogenul este unitatea de stocare a polimerului glucozei în organism. Atunci când corpul are nevoie de energie, acesta poate folosi enzime precum PHK pentru a descompune glicogenul în glucoză pentru a fi utilizat de organism. Unele simptome ale bolii sunt modificarea nivelului de glucoză din sânge, cetoacidoza , întârzierea creșterii sau distensia hepatică.
Avorturi spontane recurente
În trecut, inactivarea cromozomului X a fost implicată în avorturile spontane . Pierderea recurentă a sarcinii poate fi definită ca două sau trei sarcini pierdute consecutive în decurs de cinci luni. În majoritatea cazurilor, pierderea sarcinii poate fi atribuită unor probleme genetice, hormonale, anatomice și imunologice. Cu toate acestea, există încă aproximativ 50% din cazuri fără o cauză cunoscută. Un studiu a emis ipoteza că dezactivarea X-inactivare poate juca un rol în aceste avorturi spontane. Cu toate acestea, un studiu din 2003 a constatat că nu a existat o corelație semnificativă între avorturile spontane și dezactivarea X-inactivare, doar 6,6% dintre pacienți prezentând o înclinare semnificativă în comparație cu rata de 3,9% din grupul de control. De asemenea, a afirmat că a existat o lipsă de control pentru înclinarea în funcție de vârstă în studii similare și a concluzionat că este puțin probabil ca inactivarea X înclinată să influențeze avorturile recurente.
Studierea inactivării X înclinate
Pentru a studia inactivarea cromozomului X, trebuie să existe o diferență detectabilă între cei doi cromozomi parentali. Această diferență, sau polimorfism , va permite detectarea cromozomului care este activ în celulă, astfel încât poate fi determinat un raport de inactivare. Adesea, nivelurile de metilare ale ADN-ului inactiv sunt detectate pentru a identifica cromozomul inactiv. Sunt selectați loci despre care se știe că sunt polimorfi în populația umană. Testele care detectează nivelul de metilare al trinucleotidei CAG extrem de polimorfe la capătul 5 'al genei receptorului de androgen sunt adesea utilizate în studiile de inactivare X înclinate. Alte loci utilizate includ fosfoglicerat kinaza, hipoxantina fosforibozil transferaza și locusul DXS255. Dacă aceste loci conțin metilare grea, aceasta indică faptul că cromozomul este inactiv.
La începutul secolului al XXI-lea, detectarea raportului sa mutat la metode mai directe utilizând niveluri de mARN sau proteine și secvențierea întregului exom . Cu excepția genelor evadate, doar cromozomul X activ va transcrie ARNm și va produce proteine. Secvențierea exomei oferă un set de date care arată secvențele țintă, oferind o indicație a regiunilor de codificare a proteinelor legate de boală. Secvențierea ARNm este apoi utilizată pe aceste regiuni pentru a se concentra asupra cromozomului X și pentru a găsi polimorfisme cu nucleotide unice (SNP) care sunt asociate cu boala. Acești SNP sunt genotipați și urmăriți până la contribuția părinților pentru a calcula raportul de inactivare, pe baza informațiilor genetice donate de fiecare părinte și a cantității din fiecare alelă parentală exprimată. Aceste niveluri de expresie pot oferi o perspectivă mai mare asupra cauzei fundamentale a bolilor observate în urma unei inactivări X distorsionate.
Probleme potentiale
Există mai mulți factori care trebuie luați în considerare atunci când studiați inactivarea X înclinată. Genele scapate sunt cele găsite pe cromozomul X inactiv, dar sunt încă exprimate; această genă specială va fi exprimată din ambii cromozomi. Se estimează că 25% din gene scapă de inactivare. Genele utilizate pentru a studia înclinarea trebuie selectate cu atenție pentru a se asigura că nu scapă de inactivare, deoarece nu vor arăta niciun model înclinat.
Un tipar înclinat ar putea fi mai frecvent la femelele afectate decât neafectat. Acest lucru trebuie luat în considerare atunci când se studiază bolile legate de X. Datorită naturii aleatorii a inactivării, femeile pot avea o inactivare înclinată din cauza probabilității statistice simple. Acest lucru face dificilă determinarea momentului în care raportul este anormal de înclinat. În plus, activarea înclinată poate fi, de asemenea, localizată la linii de celule specifice. De exemplu, o femeie ar putea avea o activare distorsionată în celulele T, dar nu și celulele B, ceea ce la rândul său necesită o analiză profundă și un control adecvat al liniilor celulare pentru a asigura un diagnostic adecvat.