细胞如何“计数”染色体

雌性哺乳动物的细胞有一个剂量的问题,因为他们有两倍的X染色体是身体的需要。因此,其中一个是随机选择和关闭已经在早期胚胎发育。的Xist基因唤醒并产生数以百计的RNA分子,将一个X染色体,使其缩小到一个小肿块。

但细胞如何知道关闭一条染色体在给定的时间——但只有在有两个?丽丝领导的研究小组Meitner组长埃达舒尔兹的马克斯·普朗克分子遗传学研究所(MPIMG)发现这个几十年的谜题的答案在老鼠干细胞和杂志上发表了他们的结果分子细胞。

一个新的基因电路

柏林的科学家发现了一个基因电路接收信息的发育阶段细胞并将其传递到Xist基因。“我们发现监管区域,感官细胞是否已摆脱干细胞状态,”Schulz说埃达。

新发现的基因开关,被称为“Xert”,属于“增强”家庭的监管序列。它不足以触发程序失活。Xist只会回应发展线索,如果是自由访问,而不是被其他因素,这种情况当两个X染色体存在于细胞。只有当这两个条件得到满足,Xist可以沉默“盈余”X染色体。

周围的DNA元素Xist处理从不同来源的信息,就像一台电脑,舒尔茨说:“一个细胞程序可以启动和停止。但与一台机器做的电线和硅,其电路是由分子彼此码头或者是由化学反应。”

获得的洞察力,中断

“我们的目标是跟踪基因电路不知道示意图,”罗格说Gjaltema,舒尔茨的实验室的科学家和论文的第一作者。“最后,我们得到了一个相当完整的监管环境Xist。”

在最初的筛选实验,科学家们决定138年的X染色体上DNA片段似乎参与信号在Xist基因。对于每个部分,他们设计了一个DNA片段,可以单独目标和潜在的基因敲除开关。研究人员把片段放进病毒样颗粒,感染细胞,观察情况XistRNA生产增强或受损。

“我们找到了无数Xist监管机构,我们已经知道,这是一个好的迹象,因为它证实了我们的方法是工作,“直到Schwammle说,另一位科学家在舒尔茨的团队也是这篇论文的第一作者。”更令人兴奋,当然,是一个完全未知序列出现的数量分析。”

劳动分工在空间

调查新序列的功能,Gjaltema和Schwammle活动在干细胞相比,发展细胞,细胞与两个或两个只有一个X染色体。他们注意到似乎有分工之间的基因开关和一个引人注目的空间分离。

第一个开关位于附近的区域Xist和它的起始序列。它只翻转时双剂量的x染色体编码的酶存在。这些酶似乎调解退化因素阻止附近的部分Xist。一旦有足够的酶,基因会访问Xert增强信号。然而,只有一个X染色体,有太少的Xist仍然阻塞,无法做它的工作。

第二个开关不是附近Xist舒尔茨说:“类似于其他发育基因,增强器相对远离目标基因。DNA弯曲成一个循环,使接触基因,”科学家说。Stefan Mundlos一起“研究小组MPIMG,她的团队研究了三维结构的DNAXist基因。“我们显示信号远离对方DNA链上的整合。”

“这两个信号通路有关”,舒尔茨说。“该地区靠近Xist手臂的机制,就像一个开关。然后,增强剂能扣动扳机,当细胞发展远远不够。”

其他发育基因的典范

这些新发现为多年的进一步研究提供线索完全阐明X染色体失活,舒尔茨说。然而,尽管这个过程由Xist是独特的在动物的王国里,遗传控制机制。舒尔茨认为,Xist监管还可以用于更好地理解其他发育基因:“X失活是一个迷人的系统本身,但最重要的是,这是一个非常有价值的模型来更好地理解监管关系在我们的基因组。”

参考:Gjaltema RAF Schwammle T, Kautz P, et al .远端和近端顺式元素X染色体剂量和发展型国家Xist轨迹。摩尔细胞。2021年。doi:10.1016 / j.molcel.2021.11.023。

本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。