Хромосома X: инактивация, зависимость от клеточного цикла

На ранних стадиях эмбриогенеза женских особей плацентарных млекопитающих обе хромосомы X из сперматозоидов и яйцеклетки активны. Асинхронная репликация одной из хромосом X во время клеточного цикла (один из ранних признаков процесса X-инактивации) наблюдается на стадии образования бластоцита (3,5-4,5 дня после зачатия) в клетках трофектодермального происхождения. Наличие двух активных хромосом X на самых ранних стадиях развития эмбриона было доказано биохимическими исследованиями Х-сцепленных генов ( G6PD , HPRT , альфа-галактозидазы ) ( Rossant, Pedersen, 1986 ). Количественный анализ аллель-специфичной РНК с использованием метода SNuPE (Single Nucleotide Primer Extension) позволил проводить непосредственное измерение уровня транскриптов. Транскрипты, полученные от каждой хромосомы, выявляли из 2-х клеточных стадий развития до образования бластоцита. Наличие двух активных хромосом X на самых ранних стадиях эмбрионального развития, как предполагается, допустимо, поскольку необходима экспрессия небольшого количества генов хромосомы X на этих стадиях. На более поздних стадиях развития появляется необходимость компенсации дозы генов, в связи с тем, что происходит транскрипция большого количества или исключительно чувствительных к компенсации экспрессии генов ( Heard et. al 1997 ). Однако, показано, что в линии мышей с хромосомами X, которые не могут быть инактивированы (без гена Xist ), наличие двух активных хромосом летально с 10-ого дня после зачатия ( Takagi, Abe, 1990 ).

Имеются данные о том, что Х-инактивация совпадает по времени с клеточной дифференциацией ( Monk, Harper, 1979 ). На ранних стадиях эмбриогенеза отцовская хромосома X инактивирована, затем происходит реактивация некоторых отцовских и инактивация материнских хромосом X, вследствие чего Х-инактивация становится случайной; у мышей, по- видимому, это зависит от особенности локуса Хсе ( West et al., 1977 ).

Исходя из биохимических исследований ( Monk, Harper, 1979 ), можно предположить, что Х-инактивация завершается во всех клетках самки мыши в начале гаструляции (6 дней после зачатия). Высказано предположение о том, что время Х-инактивации в разных тканях эмбриона не совпадает ( Tarn et al., 1994 ). Снижение активности бета-галактозидазы позволяет определить Х-инактивацию в неповрежденных клетках эмбриона, в некоторых клетках повышенная активность бета-галактозидазы сохраняется до 10-ого дня после оплодотворения. Тем не менее, применяя другие методы определения Х-инактивации, существенного тканеспецифичного различия в эмбриональных тканях во времени X-инактивации не обнаружено ( Lebon et al., 1995 ). Этот факт объясняется предположением о том, что ген бета-галактозидазы имеет собственные особенности экспрессии ( Heard et. al 1997 ).

Особенности инактивации хромосомы X в эмбриогенезе малоизученны. Практически все исследования в этой области были проведены на мышах. Несмотря на то, что мыши являются наиболее подходящей моделью для изучения как Х-инактивации, так и большинства Х-сцепленных болезней (на хромосоме X мышей находится большое количество идентичных Х-сцепленных генов чeлoвeкa)( Boyd et al., 2000 ), вполне возможно предположить, что Х-инактивация в эмбриогенезе человека имеет собственные особенности. Тем не менее, в большинстве обзоров ( Heard et al., 1997 ; Goto, Monk, 1998 ; Plath et al., 2002 ) утверждается, что данная модель является информативной для выяснения особенностей процесса Х-инактивации у человека. Таким образом, принято считать, что Х-инактивация у мышей в значительной степени соответствует данному феномену у человека.

В половых клетках человека неактивная хромосома X реактивируется в начале мейоза, приблизительно на 12-14 день после зачатия ( Rossant, Pedersen, 1986 ). Было высказано предположение о том, что реактивация связана со свойствами эухроматина, активное состояние которого наблюдается при спаривании хромосом в мейозе. Биохимические основы обратимости Х-инактивации в ходе созревания половых клеток неизвестны. Реактивированная хромосома X остается активной в ооцитах, затем при овуляции и фертилизации до повторной инактивации при преимплантационном развитии ( Heard et al., 1997 ).