Рис. 17.8. Слои эпигенетического сайленсинга накапливаются на Xi в ходе дифференцировки
Диаграмма показывает, как пять разных эпигенетических изменений, связанных с транскрипционным сайленсингом. размещаются на неактивной Х-хромосоме на разных стадиях развития и дифференцировки как у развивающегося эмбриона, так и в клетках ES в культуре. В некоторых клеточных типах метилирование H3K27 является временным, преходящим, обнаруживаемым лишь на ранних стадиях дифференцировки, но не у зрелых клеток
Важно подчеркнуть, что конкретные энзиматические комплексы или модификации гистонов могут играть критическую роль на определенных этапах процесса Х-инактивации, но могут становиться менее важными или избыточными позднее, возможно, после того, как более постоянные механизмы сайленсинга, основанные на метилировании ДНК. будут помешены в нужное место. Например, метилирование H3K27, катализируемое PRC2, является существенным для успешной Х-инактивации на ранних этапах онтогенеза, но необязательным в более поздние сроки.
Следует также отметить, что в ходе установления импринтированной Х-инактивации у предимплантационных эмбрионов может иметь место иной порядок событий. В частности, обогащение H3K27me3 не обнаруживается до 16-клеточной стадии, значительно позже начала экспрессии Xist (стадия 24 клеток) (Мак et al., 2004; Okamoto et al., 2004). Это может указывать на потребность в специфических, регулируемых в развитии кофакторов для рекрутирования комплекса PRC2 PcG kXL
4.5. Распространение «молчащего» хроматина
XIC является существенным для Х-инактивации, и было высказано предположение, что сайленсинг распространяется с XIC; при этом проксимальные гены сайленсируются раньше, чем более дистальные. Одним из объяснений этого могло бы быть, что Xist-РНК распространяется прогрессивно по хромосоме, начиная с сайта своего синтеза. Это согласовывалось бы с результатами экспериментов, в которых трансгены Xist вставлялись в аутосомы и где покрытие такой аутосомы Xist-РНК приводило к сайленсингу генов и изменениям хроматина (см. выше).
Распространение неактивного состояния от XIC широко исследовалось в естественно случающихся транслокациях Х;аутосома. Действительно, такие транслокации прекрасно демонстрируют существование XIC (Rastan, 1983). Было показано, что хроматин, несущий характерные маркеры факультативного гетерохроматина (например, утрата ацетилирования гистонов, поздняя репликация и транскрипционный сайленсинг), распространяется от Xi в аутосомную часть гибридной хромосомы (White et al., 1998; Duthie et al., 1999; Sharp et al., 2002). Этим устанавливается важный принцип, согласно которому факультативный гетерохроматин не является исключительным для Х-хромосомы, что согласуется с результатами, полученными с трансгенами Xist, экспрессируемыми на аутосомах. Однако распространение «молчащего» хроматина по аутосомному плечу хромосомы варьирует между транслокациями и ограничено по масштабам.
Существуют две модели, объясняющие ограниченное распространение сайленсинга в cis-сцепленные аутосомы. Во-первых, аутосомы могут сопротивляться начальному распространению Xist-РНК и связанного с этим сайленсинга генов в начале Х-инактивации. В качестве альтернативы можно предположить, что первоначальное распространение на аутосомы могло бы быть эффективным, но сайленсинг может плохо поддерживаться в онтогенезе, что обозначается как «распространение и отступление» [«spread and retreat»]. На сегодняшний день данные говорят в пользу «распространения и отступления», но эти две модели не исключают друг друга, и требуются дальнейшие исследования. Следует заметить, что в раннем развитии против тех клеток, в которых происходит обширный сайленсинг аутосомы, может действовать отбор из-за утраты экспрессии критичных аутосомных генов.