Xist ( engelsk X-inactive specific transcript ) er et gen, der koder for RNA og lokaliseret på X-kromosomet af placentale pattedyr , er en nøgleeffektor i inaktiveringen af X-kromosomet [1] . Det er en del af Xic-komplekset ( X - kromosominaktiveringscenter ) [2] sammen med to andre RNA-kodende gener ( Jpx og Ftx ) og to proteinkodende gener ( Tsx og Cnbp2 ) [3 ] . Produktet af Xist-genet, Xist-RNA, er et stort transkript (17 kb hos mennesker ) [4] , der udtrykkes på det inaktive kromosom og ikke udtrykkes på det aktive kromosom. Bearbejdningen af dette transkript ligner mRNA- behandling og inkluderer også trinene splejsning (herunder alternativ [1] ) og polyadenylering , men det forbliver i kernen og oversættes ikke . Det er blevet foreslået, at Xist-genet i det mindste delvist opstod som en del af et proteinkodende gen, der senere blev et pseudogen [5] . Det inaktiverede X-kromosom er belagt med Xist RNA, som er essentielt for inaktiveringsprocessen [6] . Et X-kromosom, der mangler Xist-genet, vil ikke blive inaktiveret, men duplikering af dette gen på et andet kromosom forårsager også inaktivering af det første kromosom [7] .
Inaktivering af X-kromosomet, som forekommer tidligt i udviklingen af moderkagehunlige pattedyr, giver stilhed på transkriptionsniveauet af et af de to X-kromosomer, hvilket sikrer dosis-lighed (dvs. i antallet af aktive varianter af ét gen) af hunner. og hanner (se flere detaljer). " Dosiskompensation "). Xist-RNA's funktionelle rolle er tydeligt blevet demonstreret i embryonale stamceller fra kvindelige mus . I disse eksperimenter forhindrede introduktionen af et 19 nt antisense RNA målrettet Xist RNA i celler dannelsen af Xic og cis -silencing af X-bundne gener. Senere blev det imidlertid vist, at inaktivering af X-kromosomet i mus stadig forekommer selv i fravær af Xist-genet gennem epigenetisk regulering, men Xist-RNA er nødvendigt for at stabilisere en sådan dæmpning [8] .
Xist-genet har vist sig at interagere med BRCA1-genet forbundet med brystkræft [9] [10] .
Hos mennesker er Xist-genet placeret på den lange (q) arm af X-kromosomet. Den omfatter et stort antal gentagelser [4] og består af en A-region, der indeholder 8 gentagelser adskilt af U - afstandsstykker . A-regionen indeholder to store hårnåle , som hver omfatter 4 gentagelser [11] . En ortolog af Xist-genet hos mennesker er blevet identificeret i mus og er 15 kb lang, men indeholder ikke konserverede gentagelser [12] .
Xist-RNA består af to regioner: A og C. Den konservative A-region indeholder op til 9 gentagne elementer [11] . Det er for nylig blevet vist, at hos mus og mennesker består A-regionen af Xist-RNA af to lange hårnåle, som hver indeholder fire gentagelser [4] [11] . Selvom den specifikke funktion af A-regionen er ukendt, har det vist sig at være nødvendig for effektiv binding til Suz12 [11] proteinet .
Binding af Xist-RNA til det inaktiverede X-kromosom udføres gennem kromatinbindingsstedet placeret på selve transkriptet. For første gang blev et sådant sted på Xist-RNA beskrevet i hunmusefibroblaster. Det viste sig at være lokaliseret i området for C-gentagelsen. Ovenstående eksperimenter med indførelse af et 19-nukleotid antisense RNA komplementært til Xist i celler forstyrrede bindingen af dette transkript til histonen H2A [13] .
Som nævnt ovenfor er Xist-RNA-genet en del af Xic-inaktiveringscentret ( X Inactivation Center ) [14] . Xic er lokaliseret på q-armen af X-kromosomet (Xq13). Nøglerollen i inaktiveringen af X-kromosomet spilles af Xist-promotoren, som er en del af Xic [15] . Ud over Xist-genet inkluderer Xic også Tsix -genet , som er antisense med hensyn til Xist. Antisense-transkripter af Xist-genet fungerer som cis -regulatorer af Xist- transkription, hvilket nedregulerer ekspressionen af dette gen. Mekanismen for en sådan cis -regulering af Xist-ekspression af Tsix er stadig dårligt forstået, selvom der er flere forklarende hypoteser. Ifølge en af dem er Tsix involveret i kromatinmodifikation ved Xist locus [16] (for flere detaljer, se nedenfor).
Det antages, at Tsix-antisense-transkriptet aktiverer DNA-methyltransferaser , der methylerer Xist-promotoren, hvilket resulterer i nedregulering af denne promotor og dermed Xist-genekspression [17] . Histonacetyleringens rolle i reguleringen af Xist er blevet vist [18] .
Det er muligt, at dobbeltstrengede RNA'er og interfererende RNA'er også spiller en rolle i reguleringen af Xist-promotoren. Tilsyneladende skærer Dicer -enzymet , som er specialiseret i at skære dobbeltstrengede RNA'er, Xist- og Tsix-dupleksen ved begyndelsen af X-kromosominaktiveringsprocessen, hvilket resulterer i dannelsen af korte RNA'er på omkring 30 nukleotider i længden (xiRNA'er). Disse xiRNA'er forventes at undertrykke Xist på X-kromosomet, der forbliver aktivt. Denne antagelse bekræftes af et eksperiment, hvor mængden af endogene Dicer i udifferentierede celler blev reduceret med 5%, hvilket førte til en stigning i Xist i disse celler [19] .
Tilsyneladende spiller transkriptionsfaktorerne af pluripotente celler Nanog , Oct4 og Sox2 en rolle i dæmpningen af Xist-genet. I fravær af Tsix i pluripotente celler er Xist imidlertid også undertrykt. En mulig forklaring på dette kan være, at ovenstående faktorer forårsager splejsning ved intron 1 i bindingsstedet for disse faktorer i Xist-genet, som et resultat af, at stedet ødelægges og Xist-ekspression undertrykkes [16] . I pluripotente celler, der mangler Nanog eller Oct4, steg niveauet af Xist-ekspression [20] .
En rolle for polycomb-repressorkomplekset 2 PRC2) har vist sig at spille en rolle i Xist-silencing uafhængigt af Tsix, selvom de specifikke mekanismer for dette er ukendte. PRC2 er en klasse af polycomb-proteiner , der forårsager trimethylering af histon H3 ved lysin 27 (K27), som undertrykker transkription ved at omarrangere kromatin. Det førnævnte Suz12-protein tilhører PRC2-gruppen og har et zinkfingerdomæne , der ser ud til at binde til et RNA- molekyle [21] .
Processen med X-kromosominaktivering begynder med spredningen af Xist RNA fra Xic gennem hele kromosomet , hvor Xist RNA ser ud til at inducere dannelsen og udvidelsen af en region af heterochromatin . Heterochromatin af et inaktiveret X-kromosom er ikke kun karakteriseret ved dets association med Xist-RNA, men også ved tilstedeværelsen af en speciel variant af histon H2A (makroH2A), hypoacetylering af histonerne H3 og H4 , ubiquitinering af histon H2A og methylering af specifikke positioner på histon H3, såvel som DNA-methylering. Det er kombinationen af disse modifikationer, der gør størstedelen af det inaktiverede X-kromosom ekstremt modstandsdygtigt over for transskription. Desuden opretholder evnen af disse modifikationer til selvudbredelse den inaktiverede tilstand af X-kromosomet for mange celledelinger . Det skal dog bemærkes, at omkring 10% af generne på X-kromosomet forbliver transkriptionelt aktive [22] .
Xist-ekspression og X-kromosominaktivering ændres under embryonal udvikling . Hos mus i tidlig embryonal udvikling er der to bølger af X-kromosominaktivering. Den første bølge opstår før dannelsen af blastocysten og er ikke tilfældig - i cellerne i embryoet er X-kromosomet modtaget fra faderen inaktiveret, det vil sige, at inaktiveringen af X-kromosomet på dette stadium er præget . På blastocyststadiet , i cellerne i den indre cellemasse , hvorfra alle organer og væv i den fremtidige organisme efterfølgende dannes, fjernes denne prægning, Xist-ekspression forsvinder, inaktivering af det paternale X-kromosom annulleres, og begge X-kromosomer blive transskriptionelt aktiv. Nylige data har vist, at antisense-transkripter er involveret i reaktiveringen af X-kromosomet [23] . I epiblastcellerne , der dannes yderligere , begynder differentieringsprocessen , og den anden bølge af inaktivering sætter ind, hvor valget af det inaktiverede X-kromosom er tilfældigt. Xist begynder at blive udtrykt på et af X-kromosomerne, og dette X-kromosom går ind i inaktiveringsprocessen. På grund af det tilfældige valg af et inaktiveret X-kromosom er hver kvindelig organisme en mosaik af klonale grupper af celler, hvor enten X-kromosomet, der er arvet fra faderen, eller X-kromosomet, der er tilbage fra moderen, er inaktiveret. Inaktivering af X-kromosomet opretholdes i tusindvis af celledelinger [22] , og kun i udviklende gonocytter falder Xist-ekspression og X-kromosomet reaktiveres [24] . I ekstraembryonale væv fra mus fortsætter den indprentede inaktivering af det paternale X-kromosom, som blev etableret under den første bølge af inaktivering, gennem hele den embryonale udvikling.
Inaktivering af X-kromosomet spiller en nøglerolle i mekanismen for dosiskompensation , som sikrer ensartede doser af genprodukter fra X-kromosomet hos begge køn [22] [25] . Hos forskellige arter ydes dosiskompensation på forskellige måder, men på alle sådanne måder foregår reguleringen af X-kromosomekspression i et af de to af begge køn [25] . Hvis et af de to X-kromosomer ikke er inaktiveret eller kun er delvist udtrykt, kan den resulterende X-overekspression være dødelig [22] .
Hos mennesker forårsager mutationer i Xist - promotoren familiær ikke-tilfældig inaktivering af X-kromosomet [1] .
I 2013 blev det vist, at introduktionen af Xist-genet i et af de 21 kromosomer i en stamcelle med trisomi på det 21. kromosom (årsagen til Downs syndrom ) gør det muligt at inaktivere dette kromosom. Xist-genet kan således danne grundlag for en ny tilgang til behandling af Downs syndrom [26] .