Также в лаборатории Джинни Ли был идентифицирован и один из главных генов, контролирующих экспрессию Xist[111]. ДНК представляет собой двухцепочечное образование, в котором цепочки удерживаются вместе связывающими их основаниями. Хотя визуально мы часто представляем себе ДНК как железнодорожное полотно, пожалуй, удобнее было бы думать о ней как о канатной дороге с двумя движущимися в противоположных направлениях вагончиками. Если мы примем эту метафору, то центр репрессии X будет выглядеть приблизительно так, как это показано на рисунке 9.4.
Рис. 9.4. Две цепочки ДНК на особом участке хромосомы X могут быть скопированы для создания молекулы мРНК. Две основные цепочки копируются в противоположных по отношению друг к другу направлениях, что позволяет одному и тому же участку хромосомы X производить Xist РНК и Tsix РНК
На том же участке ДНК, где находится Xist, есть еще одна некодирующая РНК длиною около 40 т. п. о. Она частично накладывается на Xist, но располагается на противоположной цепочке молекулы ДНК. Она транскрибируется в РНК в противоположном к Xist направлении и называется антисмысловым транскриптом. Имя ее — Tsix. Внимательный читатель уже успел заметить, что Tsix это тот же Xist в прочтении справа налево, и в этом есть своя неожиданно элегантная логика.
Такое перекрестное расположение Tsix к Xist имеет принципиальное значение для их взаимодействия, но провести подтверждающие это эксперименты необычайно сложно. Причина этого в том, что практически невозможно осуществить мутацию одного из генов, не затронув при этом мутацией его партнера на противоположной цепочке; в этом случае происходит своего рода параллельное поражение. Но, несмотря на это, уже достигнуты существенные успехи в понимании того, как Tsix влияет на Xist.
Если хромосома X экспрессирует Tsix, это предотвращает экспрессию Xist с той же хромосомы. Как ни странно, возможно, именно простым транскрибированием Tsix предотвращается экспрессия Xist, а не самой Tsix нкРНК. Это аналогично работе врезного замка. Если я запираю замок изнутри и оставляю ключ в замочной скважине, то никто не сможет отпереть этот замок снаружи. Мне нет необходимости пользоваться какими-то дополнительными средствами безопасности — оставив ключ в замочной скважине закрытого замка, я пресекаю любые попытки отпереть его с противоположной стороны. Поэтому, если Tsix активирован, то Xist подавлен, и хромосома X активна.
Эта ситуация имеет место в ЭС клетках, где обе хромосомы X активны. Как только ЭС клетки начинают дифференцироваться, одна из их пары перестает экспрессировать Tsix. Это дает возможность экспрессироваться Xist с той же хромосомы X, что и индуктирует ее репрессию.
Одного лишь Tsix, пожалуй, недостаточно для сохранения репрессии Xist. В ЭС клетках белки под названиями Oct4, Sox2 и Nanog привязываются к первому интрону Xist и подавляют его экспрессию[112]. Oct4 и Sox2 были двумя из четырех факторов, которые использовал Шинья Яманака, когда перепрограммировал соматические клетки в плюрипотентные iPS клетки. Более поздние эксперименты показали, что Nanog (названный в честь мифической кельтской земли вечной молодости) также может действовать как перепрограммирующий фактор. Oct4, Sox2 и Nanog активно экспрессируются в недифференцированных клетках, таких как ЭС клетки, но уровни их экспрессии падают, как только клетки начинают дифференцироваться. Когда это происходит в дифференцирующихся женских ЭС клетках, Oct4, Sox2 и Nanog перестают привязываться к интрону Xist. Тем самым снимаются некоторые барьеры для экспрессии Xist. Напротив, когда женские соматические клетки перепрограммируются по методике Яманаки, репрессированная хромосома X восстанавливается. [113]. Единственный другой случай восстановления репрессированной хромосомы X имеет место при формировании первичных половых клеток в процессе развития, и именно по этой причине при возникновении зиготы в ней присутствуют две активные хромосомы X.
Пока еще нет полной определенности в ответе на вопрос, почему репрессия является настолько взаимоисключающим процессом для двух хромосом. Согласно одной из теорий, причины этого нужно искать в том, что происходит при «поцелуе хромосом X». Случается это на том этапе развития, когда уровни Tsix начинают снижаться и уровни факторов Яманаки также идут на спад. Сторонники этой теории утверждают, что в этот момент пара хромосом достигает своего рода компромисса. Вместо того чтобы пополнить недостаточные количества нкРНК и задействовать другие факторы, все связывающие молекулы устремляются на одну хромосому из пары. До конца понять, каким образом это происходит, довольно трудно. Возможно, одна из хромосом в паре просто по чистой случайности несет чуть больше ключевых факторов, чем другая. Это делает ее чуть более привлекательной для определенных белков. Такие структуры могут создаваться в самоподдерживающем режиме, то есть чем большими запасами обладает одна из хромосом на начальной стадии, тем больше запасов она отбирает у конкурентки. Богатые становятся богаче, а бедные — беднее…