Xist ( în engleză X-inactive specific transcript ) este o genă care codifică ARN și localizată pe cromozomul X al mamiferelor placentare , este un efector cheie în inactivarea cromozomului X [1] . Face parte din complexul Xic ( centrul de inactivare a cromozomilor X ) [2] , împreună cu alte două gene care codifică ARN ( Jpx și Ftx ) și două gene care codifică proteine ( Tsx și Cnbp2 ) [3] ] . Produsul genei Xist, Xist-ARN, este o transcriere mare (17 kb la om ) [4] care este exprimată pe cromozomul inactiv și nu este exprimată pe cel activ. Procesarea acestei transcrieri seamănă cu procesarea ARNm și include, de asemenea, etapele de splicing (inclusiv alternativa [1] ) și poliadenilare , dar rămâne în nucleu și nu este tradusă . S-a sugerat că gena Xist a apărut cel puțin parțial ca parte a unei gene care codifică proteine, care mai târziu a devenit o pseudogenă [5] . Cromozomul X inactivat este acoperit cu ARN Xist, care este esențial pentru procesul de inactivare [6] . Un cromozom X lipsit de gena Xist nu va fi inactivat, dar duplicarea acestei gene pe alt cromozom determină inactivarea primului cromozom, de asemenea [7] .
Inactivarea cromozomului X, care apare la începutul dezvoltării mamiferelor placentare femele , asigură tăcere la nivelul transcripțional al unuia dintre cei doi cromozomi X, ceea ce asigură egalitatea dozei (adică în numărul de variante active ale unei gene) la femele. și bărbați (vezi mai multe detalii). " Compensarea dozei "). Rolul funcțional al Xist-ARN a fost clar demonstrat în celulele stem embrionare de șoarece femele . În aceste experimente, introducerea unui ARN antisens de 19 nt care vizează ARN-ul Xist în celule a prevenit formarea Xic și tăcere cis a genelor legate de X. Totuși, mai târziu s-a demonstrat că inactivarea cromozomului X la șoareci are loc încă chiar și în absența genei Xist prin reglare epigenetică , dar ARN-ul Xist este necesar pentru a stabiliza o astfel de tăcere [8] .
S-a demonstrat că gena Xist interacționează cu gena BRCA1 asociată cu cancerul de sân [9] [10] .
La om, gena Xist este localizată pe brațul lung (q) al cromozomului X. Include un număr mare de repetări [4] și constă dintr - o regiune A care conține 8 repetări separate prin distanțiere U. Regiunea A conține două agrafe mari , fiecare dintre ele incluzând 4 repetări [11] . Un ortolog al genei Xist la om a fost identificat la șoareci și are o lungime de 15 kb, dar nu conține repetări conservate [12] .
Xist-ARN este format din două regiuni: A și C. Regiunea conservatoare A conține până la 9 elemente care se repetă [11] . S-a demonstrat recent că la șoareci și oameni, regiunea A a ARN-ului Xist constă din două ace de păr lungi, fiecare dintre ele conținând patru repetări [4] [11] . Deși funcția specifică a regiunii A este necunoscută, s-a dovedit a fi necesară pentru legarea eficientă la proteina Suz12 [11] .
Legarea ARN-ului Xist la cromozomul X inactivat se realizează prin situsul de legare a cromatinei situat pe transcriptul propriu-zis. Pentru prima dată, un astfel de site pe Xist-ARN a fost descris în fibroblaste de șoarece femele. S-a dovedit a fi localizat în regiunea C-repeat. Experimentele de mai sus privind introducerea unui ARN antisens de 19 nucleotide complementar Xist în celule au perturbat legarea acestui transcript la histona H2A [13] .
După cum sa menționat mai sus, gena Xist-ARN face parte din centrul de inactivare Xic ( X Inactivation Center ) [14] . Xic este localizat pe brațul q al cromozomului X (Xq13). Rolul cheie în inactivarea cromozomului X este jucat de promotorul Xist, care face parte din Xic [15] . Pe lângă gena Xist, Xic include și gena Tsix , care este antisens față de Xist. Transcrierile antisens ale genei Xist acționează ca regulatori cis ai transcripției Xist , reducând expresia acestei gene. Mecanismul unei astfel de reglementări cis a expresiei Xist de către Tsix este încă puțin înțeles, deși există mai multe ipoteze explicative. Potrivit unuia dintre ei, Tsix este implicat în modificarea cromatinei la locusul Xist [16] (pentru mai multe detalii, vezi mai jos).
Se presupune că transcriptul antisens Tsix activează metiltransferazele ADN care metilează promotorul Xist, ducând la reglarea în jos a acestui promotor și, prin urmare, a expresiei genei Xist [17] . Rolul acetilării histonelor în reglarea Xist a fost demonstrat [18] .
Este posibil ca ARN-urile dublu catenare și ARN-urile interferente să joace, de asemenea, un rol în reglarea promotorului Xist. Aparent, enzima Dicer , care este specializată în tăierea ARN-urilor dublu catenar, taie duplexul Xist și Tsix la începutul procesului de inactivare a cromozomului X, rezultând în formarea de ARN-uri scurte de aproximativ 30 de nucleotide lungime (xiARN). Se așteaptă că acești xiARN-uri vor reprima Xist pe cromozomul X care rămâne activ. Această ipoteză este confirmată de un experiment în care cantitatea de Dicer endogen din celulele nediferențiate a fost redusă cu 5%, ceea ce a condus la o creștere a Xist în aceste celule [19] .
Aparent, factorii de transcripție ai celulelor pluripotente Nanog , Oct4 și Sox2 joacă un rol în atenuarea genei Xist. În absența Tsix în celulele pluripotente, totuși, Xist este de asemenea reprimat. O posibilă explicație pentru acest lucru poate fi faptul că factorii de mai sus cauzează splicing la intronul 1 în situsul de legare al acestor factori în gena Xist, în urma căruia situsul este distrus și expresia Xist este suprimată [16] . În celulele pluripotente lipsite de Nanog sau Oct4, nivelul de expresie Xist a crescut [20] .
S-a demonstrat că un rol pentru complexul represor polycomb 2 PRC2) joacă un rol în tăcere Xist independent de Tsix, deși mecanismele specifice pentru aceasta sunt necunoscute. PRC2 este o clasă de proteine polycomb care provoacă trimetilarea histonei H3 la lizina 27 (K27), care suprimă transcripția prin rearanjarea cromatinei. Proteina Suz12 menționată mai sus aparține grupului PRC2 și are un domeniu deget de zinc care pare să se lege de o moleculă de ARN [21] .
Procesul de inactivare a cromozomului X începe cu răspândirea ARN-ului Xist din Xic în tot cromozomul , unde ARN-ul Xist pare să induce formarea și extinderea unei regiuni de heterocromatina . Heterocromatina unui cromozom X inactivat se caracterizează nu numai prin asocierea sa cu Xist-ARN, ci și prin prezența unei variante speciale a histonei H2A (macroH2A), hipoacetilarea histonelor H3 și H4 , ubiquitinarea histonei H2A și metilare. de poziții specifice pe histona H3, precum și metilarea ADN-ului. Combinația acestor modificări este cea care face ca majoritatea cromozomului X inactivat să fie extrem de rezistent la transcripție. În plus, capacitatea acestor modificări de a se autopropaga menține starea inactivată a cromozomului X pentru multe diviziuni celulare . Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că aproximativ 10% din genele de pe cromozomul X rămân active din punct de vedere transcripțional [22] .
Expresia Xist și inactivarea cromozomului X sunt modificate în timpul dezvoltării embrionare . La șoarecii în dezvoltare embrionară timpurie, există două valuri de inactivare a cromozomului X. Primul val are loc înainte de formarea blastocistului și nu este aleatoriu - în celulele embrionului, cromozomul X primit de la tată este inactivat, adică inactivarea cromozomului X în acest stadiu este imprimată . În stadiul de blastocist , în celulele masei celulare interioare , din care se formează ulterior toate organele și țesuturile viitorului organism, această amprentă este îndepărtată, expresia Xist dispare, inactivarea cromozomului X patern este anulată și ambii cromozomi X. devin active din punct de vedere transcripțional. Date recente au arătat că transcriptele antisens sunt implicate în reactivarea cromozomului X [23] . În celulele epiblastice care se formează în continuare , începe procesul de diferențiere și se instalează al doilea val de inactivare, în care alegerea cromozomului X inactivat este aleatorie. Xist începe să fie exprimat pe unul dintre cromozomii X, iar acest cromozom X intră în procesul de inactivare. Datorită alegerii aleatorii a unui cromozom X inactivat, fiecare organism feminin este un mozaic de grupuri clonale de celule în care fie cromozomul X moștenit de la tată, fie cromozomul X rămas de la mamă este inactivat. Inactivarea cromozomului X este menținută pentru mii de diviziuni celulare [22] , iar numai în gonocite în curs de dezvoltare expresia Xist scade și cromozomul X este reactivat [24] . În țesuturile extraembrionare de șoarece, inactivarea imprimată a cromozomului X patern, care a fost stabilită în timpul primului val de inactivare, persistă pe parcursul întregii dezvoltări embrionare.
Inactivarea cromozomului X joacă un rol cheie în mecanismul de compensare a dozei , care asigură egalitatea dozelor de produși genetici ai cromozomului X la ambele sexe [22] [25] . La diferite specii, compensarea dozei este oferită în moduri diferite, dar în toate astfel de moduri, reglarea expresiei cromozomului X are loc la unul dintre cele două de ambele sexe [25] . Dacă unul dintre cei doi cromozomi X nu este inactivat sau este doar parțial exprimat, supraexprimarea X rezultată poate fi letală [22] .
La om, mutațiile în promotorul Xist provoacă inactivarea familială non-aleatorie a cromozomului X [1] .
În 2013, s-a demonstrat că introducerea genei Xist într-unul dintre cei 21 de cromozomi ai unei celule stem cu trisomie pe cromozomul 21 (cauza sindromului Down ) face posibilă inactivarea acestui cromozom. Astfel, gena Xist poate sta la baza unei noi abordări a tratamentului sindromului Down [26] .