Вклад отдельных модификаций варьирует как во времени, так и в разных линиях клеток. Например, в соматических клетках высокие уровни H3K27me3 (три-метилирования гистона H3 по лизину 27) требуются на Xi во время раннего развития, но не позже. Напротив, метилирование «островков» CpG необходимо лишь в позднем развитии или не требуется вовсе в клетках трофэктод ермы.
2.3. Некоторые гены избегают Х-инактивации
Х-инактивация затрагивает большую часть Х-хромосомы, но некоторые гены ускользают от сайленсинга. К ним относятся гены в небольшом районе Х-хромосомы, который спаривается с Y-хромосомой в ходе мейоза у самцов и известен как псевдоаутосомный район (PAR), или район спаривания XY (рис. 17.1). Гены, локализованные в этом районе, не требуют компенсации дозы, потому что и у самцов, и у самок присутствуют две копии.
Были охарактеризованы и другие гены-«беглецы» [«дезертиры»], как имеющие сцепленных с Y гомологов, так и не имеющие их. Недавнее исследование показало, что приблизительно 15 % генов на Х-хромосоме человека избегают Х-инактивации (Carrel and Willard, 2005). Интересно, что многие из этих генов лежат в коротком плече хромосомы (обозначаемом как Хр), который относительно недавно приобретен Х-хромосомой в ходе эволюции. Исследования на мышах показывают, что «беглецы» могут быть в раннем онтогенезе инактивированы, а в ходе дальнейшего развития прогрессивно реактивируются (раздел 4.6). У сумчатых большинство изученных генов оказалось в той или иной степени избегающими Х-инактивацию. Это может быть отражением неспособности поддерживать сайленсинг в ходе онтогенеза, которая, возможно, связана с утратой метилирования «островков»
CpG на Xi у этих видов (дополнительные детали см. в Разделе 4.7).
2.4. Х-инактивация регулируется главным локусом-переключателем — центром Х-инактивации
Классические генетические исследования продемонстрировали, что Х-инактивация опосредуется одним cis-действуюшим главным локусом-переключателем [master switch locus], называемым «центр Х-инактивации (Xic)». Было показано, что Xic требуется для сайленсинга Х-хромосомы в cis-конфигурации и для обеспечения корректной и надлежащей инициации случайной Х-инактивации. В более поздних исследованиях Xic был охарактеризован на молекулярном уровне. Этот локус производит большую некодирующую РНК, называемую Xist (Xznactive specific transcript), которая обладает уникальным свойством связываться в cis-конфигурации и накапливаться по всей длине хромосомы, с которой она транскрибируется (см. рис. 17.3) (Brown et al., 1991, 1992; Brockdorff et al., 1992). Покрытие этой хромосомы Xist-PHK создает переключатель для сайленсинга Х-хромосомы (Lee et al., 1996; Penny et al., 1996; Wutz and Jaenisch, 2000). Проведенные до сегодняшнего дня исследования показывают, что это происходит, по крайней мере отчасти, благодаря опосредованному Xist рекрутированию комплексов, модифицирующих хроматин (рис. 17.3).
Вторая некодирующая РНК, Tsixy также локализуется в участке Xic (Lee et al., 1999) и играет ключевую роль в регуляции экспрессии Xist Tsix перекрывается с геном Xist, но транскрибируется в антисмысловом направлении — отсюда его название, соответствующее Xistf прочтенному наоборот!
3. Инициация Х-инактивации
3.1. Импринтированная versus случайная Х-инактивация
Решение инактивировать Х-хромосому должно жестко регулироваться. Мужские клетки должны избежать сайленсинга своей единственной Х-хромосомы, а женские клетки должны избежать сайленсинга обеих Х-хромосом или сохранения обеих Х-хромосом в активном состоянии. Было показано, что здесь используются два разных способа регуляции. Импринтированный способ Х-инактивации обеспечивает сайленсинг Х-хромосомы, полученной от отца. При случайном способе каждая клетка имеет равную вероятность инактивации либо материнской, либо отцовской Х-хромосомы. Млекопитающие-метатерии (сумчатые) используют только импринтированный способ. Млекопитающие-эутерии (плацентарные), по крайней мере в некоторых случаях, используют импринтированный способ в экстраэмбриональных клеточных линиях, но случайный способ в собственно эмбрионе (рис. 17.2). Имеются некоторые указания на то, что у человека используется только случайная Х-инактивация, но это остается не выясненным окончательно.