Как инактивируется одна из X-хромосом в женских эмбриональных стволовых клетках
У самок млекопитающих две X-хромосомы, а у самцов — одна X и одна Y. Чтобы избежать двойной дозы генов, сцепленных с X-хромосомой, у самок одна из X-хромосом инактивируется на ранних этапах развития. Два новых исследования Мичиганского университета раскрывают детали этого процесса.
Человеческие эмбриональные стволовые клетки (hESCs) — ценный инструмент для исследований и регенеративной медицины. Однако в культуре у женских hESCs часто происходит реактивация инактивированной X-хромосомы, что мешает их использованию.
Группа под руководством Сандипа Калантри и Мариссы Клутье исследовала причину этой эрозии X-инактивации. Подозрение пало на состав питательной среды для клеток.
- Среда mTeSR1 коррелировала с потечей ключевого регулятора инактивации — некодирующей РНК XIST.
- Среда Xenofree не приводила к потере инактивации.
Анализ состава выявил различие: хлорид лития присутствовал в mTeSR1, но отсутствовал в Xenofree. Хлорид лития добавляют для пролиферации стволовых клеток, но он известен как ингибитор белков GSK-3.
Эксперимент подтвердил: добавление хлорида лития в среду Xenofree приводило к потере X-инактивации. Исследование опубликовано в Nature Communications.
Выводы:
- Предложена новая модель регуляции X-инактивации.
- Использование ингибиторов GSK-3 (как литий) требует осторожности, так как они могут влиять на эпигенетическую регуляцию транскрипции в геноме.
Роль древнего гена Kdm5c в запуске X-инактивации
Второе исследование, также в Nature Communications, раскрывает эволюционный аспект. Учёные сосредоточились на генах X-хромосомы, которые не поддаются инактивации и потому экспрессируются сильнее у самок. Один из таких генов — Kdm5c.
- Удаление Kdm5c на обеих X-хромосомах в женской клетке почти полностью отключало X-инактивацию.
- Введение Kdm5c в мужские клетки мыши успешно запускало X-инактивацию (чего в норме не происходит).
Kdm5c — древний ген, присутствующий у всех млекопитающих. Учёные показали, что версии этого гена от эволюционно далёких млекопитающих (сумчатых и однопроходных, например, утконоса), отделившихся более 150 миллионов лет назад, также могут индуцировать Xist и X-инактивацию в мужских клетках мыши. Это говорит о сохранении древней функции гена.
«Правильный уровень генов X-хромосомы критически важен для здоровья клетки», — подчеркнул Калантри.
Следующая цель — объяснить случайный процесс выбора, какая из X-хромосом (материнская или отцовская) будет инактивирована. Понимание этого механизма может в будущем позволить целенаправленно реактивировать гены на X-хромосоме для терапевтических целей.