5.2. Реактивация Х-хромосомы в нормальном развитии
В то время как Х-инактивация в соматических клетках очень стабильна, существуют обстоятельства в ходе нормального развития, при которых вся Х-хромосома реактивируется. Лучше всего изученный пример — реверсия Х-инактивации в развивающихся примордиальных зародышевых клетках (PGSs, primordial germ cells). У мышей PGCs специфицируются примерно на 7—8-й день развития, вскоре после гаструляции В это время клетки эмбриона уже претерпели случайную Х-инактивацию. Впоследствии развивающиеся PGCs мигрируют вдоль района задней кишки эмбриона и приходят в генитальные гребни, структуры, дающие начало взрослым гонадам. Именно в это время PGCs реактивируют свою Xi (Monk and McLaren, 1981). Это событие совпадает во времени с более общим эпигенетическим репрограммированием, включающим стирание родительских импринтов и деметилирование ДНК по всему геному (дополнительные детали см. главу 20).
Реактивация X в PGCs может указывать на специализированный механизм для ревертирования многослойной структуры гетерохроматина. Наблюдали, что исчезновение экспрессии Xist-PHК коррелирует с реактивацией X, но при условии, что сайленсинг в соматических клетках XX не зависит от Xist, не вполне очевидно, что причина в этом. Возможно, что PGCs не могут установить все метки, ассоциированные с сайленсингом, и поэтому более чувствительны к реактивации. В соответствии с этим находятся данные о том, что в развивающихся PGCs у мышей метилирование островков CpG на Xi не происходит (Grant et al., 1992).
Второй пример реактивации X — это реверсия инактивации импринтированной Хр во время размещения линии ICM эмбрионов на стадии бластоцисты, обсуждавшаяся в разделе 3.5, которая, опять-таки, ассоциирована с более широким кругом явлений репрограммирования генома. Эта реактивация также коррелирует с исчезновением X/S/-PHK и утратой многих эпигенетических меток, связанных с сайленсингом.
5.3. Реактивация Х-хромосомы в ходе экспериментального репрограммирования
Реактивацию X наблюдали также в специальных экспериментальных условиях. Она происходит при пересадке соматических ядер в неоплод отворенные ооциты (Eggan et al., 2000) и после слияния соматических клеток с такими тотипотентными клетками, как ES, эмбриональные зародышевые (EG) клетки или клетки эмбриональной карциномы (ЕС) (см., например, Tada et al., 2001).
Эмбрионы, полученные в результате пересадки ядер, представляют особенно интересный пример. Эксперименты на мышах (Eggan et al., 2000) продемонстрировали быструю реактивацию маркерного гена на Xi у эмбрионов-трансплантатов на стадии дробления. Несмотря на это, ядро сохраняло некоторую память о том, которая X была неактивной, поскольку у клонированных эмбрионов на стадии плода Xi клетки-донора была также Xi в клетках трофэктодермы плаценты. Напротив, клетки собственно эмбриона обнаруживали случайную инактивацию X (рис. 17.9). Предположительно реактивация и репрограммирование X, происходящие в развивающихся ICM, дают эмбриону еще один шанс перенастроить эпигенетическую информацию от донорского ядра.
Реактивация X в продуктах слияния соматических клеток XX и плюрипотентных эмбриональных клеток изучена хуже. Предполагается, что она происходит также в результате воздействия на соматический геном факторов, присутствующих в клетках ЕС, ES или EG Было продемонстрировано, что реактивация происходит относительно быстро, в пределах примерно 5 суток после слияния, и происходящая на высоком уровне экспрессия Xist исчезает в слившихся клетках после длительного культивирования. Причинная связь этих событий не была показана
5.4. Уроки из опытов с индуцибельными трансгенами Xist
Серия экспериментов с использованием индуцибельных трансгенов Xist в клетках ES очень углубила наше понимание стабильности versus реверсибельности Х-инактивации. Во-первых, было показано, что Xist-РНК может установить Х-инактивацию в недиффернцированных клетках ES и на очень ранних стадиях дифференцировки, но не в более позднее время (Wutz and Jaenisch, 2000). Это называется «окном возможности» [«window of opportunity»]. Оказалось, что эта способность клеток реагировать на Xist-РНК в общих чертах коррелирует с обратимостью Х-инактивации. Так, сайленсинг ревертировал, когда трансген выключался в клетках ES или на ранних стадиях дифференцировки, но не на более поздних этапах дифференцировки и не в соматических клетках.
Рис. 17.9. Регуляция Х-инактивации у клонированных эмбрионов мыши