Просмотр кода страницы Xist

{{Ген}}

'''Xist''' ({{lang-en|X-inactive specific transcript}}) — [[ген]], кодирующий [[РНК]] и локализованный на [[Х-хромосома|Х-хромосоме]] [[Плацентарные|плацентарных]] [[Млекопитающие|млекопитающих]], является ключевым эффектором в [[Инактивация Х-хромосомы|инактивации Х-хромосомы]]<ref name="entrez_7503">{{cite web| title = Entrez Gene: XIST X (inactive)-specific transcript| url = https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=gene&Cmd=ShowDetailView&TermToSearch=7503| accessdate = | archive-date = 2010-12-05| archive-url = https://web.archive.org/web/20101205081110/http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=gene| deadlink = no}}</ref>. Он входит в состав комплекса ''Xic'' ({{lang-en|X-chromosome inactivation centre}})<ref>{{cite pmid|16124854}}</ref>, наряду с двумя другими РНК-кодирующими генами (''{{нп5|Jpx||en|Jpx (gene)}}'' и ''{{нп5|Ftx||en|Ftx (gene)}}'') и двумя белоккодирующими генами (''Tsx'' и ''Cnbp2'')<ref>{{cite pmid|12045143}}</ref>. Продукт гена Xist — Xist-РНК — представляет собой крупный [[Транскрипция (биология)|транскрипт]] (17 кб у [[человек]]а)<ref name="pmid1423611">{{cite pmid|1423611}}</ref>, который [[Экспрессия генов|экспрессируется]] на неактивной хромосоме и не экспрессируется на активной. [[Процессинг РНК|Процессинг]] этого транскрипта напоминает процессинг [[мРНК]] и тоже включает этапы [[сплайсинг]]а (в т. ч. [[Альтернативный сплайсинг|альтернативного]]<ref name="entrez_7503"/>) и [[Полиаденилирование|полиаденилирования]], однако он остаётся в [[Клеточное ядро|ядре]] и не [[Трансляция (биология)|транслируется]]. Было высказано предположение, что ген Xist по крайней мере частично образовался как часть белоккодирующего гена, который впоследствии стал [[псевдоген]]ом<ref name="Dur09">{{cite pmid|16778056}}</ref>. Инактивированная Х-хромосома покрыта Xist-РНК, который необходим для процесса инактивации<ref>{{cite pmid|17203100}}</ref>. Х-хромосома, лишённая гена Xist, не будет инактивирована, однако [[дупликация]] этого гена на другой хромосоме вызывает инактивацию и первой хромосомы тоже<ref>{{cite pmid|8538762}}</ref>.

Инактивация Х-хромосомы, которая происходит на ранних стадиях развития [[Самка|самок]] плацентарных млекопитающих, обеспечивает сайленсинг на уровне транскрипции одной из двух Х-хромосом, что обеспечивает дозовое равенство (т. е. по количеству активных вариантов одного гена) самок и самцов (см. подробнее «[[Дозовая компенсация]]»). Функциональная роль Xist-РНК была наглядно продемонстрирована на [[Эмбриональные стволовые клетки|эмбриональных стволовых клетках]] самок [[Мышь|мышей]]. В ходе этих экспериментов введение в клетки [[Антисмысловые РНК|антисмысловой РНК]] длиной 19 нуклеотидов, мишенью которой была Xist-РНК, предотвращало образование ''Xic'' и ''цис''-сайленсинг Х-связанных генов. Впрочем, в дальнейшем было показано, что инактивация Х-хромосомы у мышей всё-таки происходит даже в отсутствие гена Xist посредством [[Эпигенетика|эпигенетической]] регуляции, но Xist-РНК необходима для стабилизации такого сайленсинга<ref name = "Kalantry_2009">{{cite pmid|19571810}}</ref>.

Было показано, что ген Xist взаимодействует с геном [[BRCA1]], связанным с [[Рак молочной железы|раком молочной железы]]<ref name="pmid15065664">{{cite pmid|15065664}}</ref><ref name="pmid12419249">{{cite pmid|12419249}}</ref>.

== Организация гена ==
[[Файл:XistRNADNAFISH.jpg|thumb|left|300 px|Локализация Xist-РНК и гена Xist в ядре [[фибробласт]]а мышиной самки. Красным цветом обозначены транскрипты гена Xist; жёлтым — локусы гена Xist; синим цветом — ядерная ДНК, окрашенная DAPI; Xi — инактивированная Х-хромосома, Xa — активная Х-хромосома.]]
У человека ген Xist локализован на длинном (q) плече Х-хромосомы. Он включает в себя большое количество повторов<ref name="pmid1423611" /> и состоит из А-региона, содержащего 8 [[Повторяющиеся последовательности ДНК|повторов]], разделённых U-[[Спейсер (биология)|спейсерами]]. А-регион содержит две крупные [[Шпилька (биология)|шпильки]], в каждую из которых входит по 4 повтора<ref name="pmid20052282">{{cite pmid|20052282}}</ref>. Ортолог гена Xist у человека был идентифицирован у мыши, его длина составляет 15 кб, однако он не содержит [[Консервативные последовательности|консервативных]] повторов<ref>{{cite pmid|1423610}}</ref>.

== Организация транскрипта ==
[[File:RepA Model Xist.png|thumb|upright=1.35|right |Структурная модель региона повтора A (repA) Xist, основанная на исследовании биохимической структуры in vivo и сравнительном анализе последовательностей. Повторы с 1 по 8 (1/2) пронумерованы и заключены в рамку — они показаны красным на рисунке RepA в верхней левой панели. Реактивные нуклеотиды окрашены в красный цвет, где открытые и закрытые кружки обозначают среднюю и сильную реактивность соответственно (реактивность предполагает, что нуклеотид неспаренный или слабоструктурированный). Последовательные и компенсаторные мутации (одноточечные и двойные мутации, сохраняющие спаривание) отмечены синим и фиолетовым цветом соответственно. Пары оснований, которые на 100% консервативны у грызунов, выделены жирным и черным цветом, а пары оснований, консервативные у грызунов и млекопитающих, — зеленым. Данные и модель взяты из: {{cite journal | vauthors = Fang R, Moss WN, Rutenberg-Schoenberg M, Simon MD | title = Probing Xist RNA Structure in Cells Using Targeted Structure-Seq | journal = PLOS Genetics | volume = 11 | issue = 12 | pages = e1005668 | date = December 2015 | pmid = 26646615 | pmc = 4672913 | doi = 10.1371/journal.pgen.1005668 | doi-access = free }}.]]
Xist-РНК состоит из двух регионов: А и С. Консервативный А-регион содержит до 9 повторяющихся элементов<ref name="pmid20052282" />. Недавно было показано, что у мыши и человека А-регион Xist-РНК состоит из двух длинных шпилек, в состав каждой из которых входит по 4 повтора<ref name="pmid1423611" /><ref name="pmid20052282"/>. Хотя конкретная функция А-региона неизвестна, было показано, что он необходим для эффективного связывания с [[Белок|белком]] {{нп5|Suz12||en|Suz12}}<ref name="pmid20052282"/>.

Связывание Xist-РНК с инактивированной Х-хромосомой осуществляется через [[хроматин]]-связывающий участок, расположенный на самом транскрипте. Впервые такой участок на Xist-РНК был описан в фибробластах самки мыши. Он оказался локализованным в области С-повтора. Вышеописанные эксперименты по введению в клетки 19-нуклеотидной антисмысловой РНК, комплементарной Xist, нарушали связывание этого транскрипта с [[гистон]]ом {{нп5|H2A||en|Histone H2A}}<ref name = "Beletskii_2001">{{cite pmid|11481485}}</ref>.

== Регуляция Xist ==
[[Файл:X chromosome inactivation site in mouse.png|thumb|300px|Строение Xic. Красными и зелёными линиями показано, как отдельные гены этого локуса регулируют друг друга.]]
Как упоминалось выше, ген Xist-РНК входит в состав инактивационного центра Xic ({{lang-en|X Inactivation Center}})<ref>{{cite pmid|9069284}}</ref>. Xic локализуется на q-плече Х-хромосомы (Xq13). Ключевую роль в инактивации Х-хромосомы играет промотор Xist, входящий в состав Xiс<ref name="Lee JT, Davidow LS, Warshawsk D 1999 400–09">{{cite pmid|10192391}}</ref>. Кроме гена Xist, в Xic входит также ген {{нп5|Tsix||en|Tsix}}, антисмысловой по отношению к Xist. Антисмысловые транскрипты гена Xist действуют как [[цис-регуляторные элементы|''цис''-регуляторы]] транскрипции Xist, понижая экспрессию этого гена. Механизм такой ''цис''-регуляции экспрессии Xist с помощью Tsix пока плохо понятен, хотя существует несколько объясняющих гипотез. Согласно одной из них, Tsix участвует в модификации хроматина в локусе Xist<ref name="Senner">{{cite pmid|19345091}}</ref> (подробнее об этом см. ниже).

Предполагается, что антисмысловой транскрипт Tsix активирует [[ДНК-метилтрансфераза|ДНК-метилтрансферазы]], которые метилируют промотор Xist, что приводит к подавлению этого промотора и, следовательно, экспрессии гена Xist<ref>{{cite pmid|19014663}}</ref>. Показана роль ацетилирования гистонов в регуляции Xist<ref name="Ac">{{cite pmid|11352938}}</ref>.

Возможно, двуцепочечные РНК и [[РНК-интерференция|интерферирующие РНК]] также играют роль в регуляции промотора Xist. По-видимому, [[фермент]] [[Dicer]], специализирующийся на разрезании двуцепочечных РНК, разрезает дуплекс Xist и Tsix в начале процесса инактивации Х-хромосомы, в результате чего образуются короткие РНК длиной около 30 нуклеотидов (xiРНК). Предполагается, что эти xiРНК репрессируют Xist на той Х-хромосоме, которая останется активной. Это предположение подтверждается экспериментом, в ходе которого в недифференцированных [[Клетка (биология)|клетках]] количество эндогенного Dicer было снижено на 5 %, что привело к увеличению Xist в этих клетках<ref>{{cite pmid|18535243}}</ref>.

По-видимому, [[Транскрипционный фактор|транскрипционные факторы]] [[Плюрипотентность|плюрипотентных]] клеток [[Nanog]], [[Oct-4|Oct4]] и {{нп5|Sox2||en|SOX2}} играют роль в сайленсинге гена Xist. В отсутствие Tsix в плюрипотентных клетках Xist, тем не менее, тоже репрессирован. Возможным объяснением этому может быть то, что вышеперечисленные факторы вызывают сплайсинг по [[интрон]]у 1 в [[Сайт связывания|сайте связывания]] этих факторов в гене Xist, в результате чего сайт разрушается и экспрессия Xist подавляется<ref name="Senner"/>. В плюрипотентных клетках, лишённых Nanog или Oct4, уровень экспрессии Xist повышался<ref>{{cite pmid|18802003}}</ref>.

Была показана роль {{нп5|PRC2|репрессорного комплекса polycomb 2|en|PRC2}} ({{lang-en|Polycomb Repressor Complex 2 (PRC2)}}) в сайленсинге Xist независимо от Tsix, хотя конкретные механизмы этого неизвестны. PRC2 — это класс [[Белки группы polycomb|белков группы polycomb]], которые вызывают три[[метилирование]] гистона {{нп5|Н3||en|Histone H3}} по остатку [[лизин]]а 27 (К27), что подавляет транскрипцию путём перестройки хроматина. Вышеупомянутый белок Suz12 входит в группу PRC2 и имеет [[Домен белка|домен]] [[Цинковый палец|цинкового пальца]], который, по-видимому, связывается с [[Молекула|молекулой]] РНК<ref>{{cite pmid|15525528}}</ref>.

== Значение и механизмы инактивации ==
{{main|Инактивация Х-хромосомы}}
[[Файл:X chromosome inactivation v3.png|thumb|400px|Схема механизма инактивации Х-хромосомы.]]
Процесс инактивации Х-хромосомы начинается с распространением Xist-РНК от Xic по всей [[Хромосома|хромосоме]], где Xist-РНК, по-видимому, индуцирует образование и расширение области [[гетерохроматин]]а. Гетерохроматин инактивированной Х-хромосомы характеризуется не только связью с Xist-РНК, но также наличием особого варианта гистона Н2А (macroH2A), гипо[[ацетилирование]]м гистонов Н3 и {{нп5|Н4||en|Histone H4}}, [[убиквитин]]ированием гистона H2А и метилированием специфических позиций на гистоне Н3, а также метилирования ДНК. Именно комбинация подобных модификаций обусловливает большую часть инактивированной Х-хромосомы чрезвычайно невосприимчивой к транскрипции. Кроме того, способность этих модификаций к самораспространению обеспечивает поддержание инактивированного состояния Х-хромосомы в течение многих [[Клеточное деление|клеточных делений]]. Впрочем, стоит отметить, около 10 % генов на Х-хромосоме остаются транскрипционно активными{{sfn|Альбертс и др.|2013|с=729}}.

Экспрессия Xist и инактивация Х-хромосомы изменяются в процессе [[Эмбриональный период|эмбрионального развития]]. У мыши в раннем эмбриональном развитии существует две волны инактивации Х-хромосомы. Первая волна происходит до образования бластоцисты, и является неслучайной — в клетках зародыша инактивируется Х-хромосома, полученная от отца, то есть инактивация Х-хромосомы на этом этапе носит [[генный импринтинг|импринтированный]] характер. На стадии [[Бластоциста|бластоцисты]], в клетках [[внутренняя клеточная масса|внутренней клеточной массы]], из которой формируются в дальнейшем все органы и ткани будущего организма, этот импринтинг снимается, экспрессия Xist исчезает, инактивация отцовской Х-хромосомы отменяется, и обе Х-хромосомы становятся транскрипционно активными. Недавно полученные данные показали, что в процессе реактивации Х-хромосомы участвуют антисмысловые транскрипты<ref>{{cite pmid|14752160}}</ref>. В формирующихся далее клетках [[эпибласт]]а начинается процесс [[Дифференцировка клеток|дифференцировки]], и наступает вторая волна инактивации, в которой выбор инактивируемой Х-хромосомы носит случайный характер. На одной из Х-хромосом начинает экспрессироваться Xist, и эта Х-хромосома вступает в процесс инактивации. Вследствие случайного выбора инактивируемой Х-хромосомы каждый женский организм представляет собой мозаику из клональных групп клеток, у которых либо инактивирована Х-хромосома, доставшаяся от отца, либо Х-хромосома, оставшаяся от матери. Инактивация Х-хромосомы поддерживается в течение тысячи клеточных делений{{sfn|Альбертс и др.|2013|с=729}}, и только в развивающихся [[гоноцит]]ах экспрессия Xist снижается и Х-хромосома вновь реактивируется<ref>{{cite pmid|11841480}}</ref>. В экстраэмбриональных тканях у мыши импринтированная инактивация отцовской Х-хромосомы, установившаяся во время первой волны инактивации, сохраняется в течение всего эмбрионального развития.

Инактивация Х-хромосомы играет ключевую роль в механизме [[Дозовая компенсация|дозовой компенсации]], благодаря которому обеспечивается равенство доз генных продуктов Х-хромосомы у обоих полов{{sfn|Альбертс и др.|2013|с=729}}<ref name=autogenerated1>{{cite pmid|16341221}}</ref>. У различных видов дозовая компенсация обеспечивается различными путями, но во всех таких путях имеет место регуляции экспрессии Х-хромосомы у одного из двух обоих полов<ref name=autogenerated1 />. Если одна из двух Х-хромосом не будет инактивирована или будет частично экспрессироваться, то получающаяся в результате избыточная экспрессия Х-хромосомы может быть [[Летальность|летальной]]{{sfn|Альбертс и др.|2013|с=729}}.

== Клиническое значение ==
У человека мутации в [[промотор]]е Xist обусловливают семейную {{нп5|Неслучайная инактивация Х-хромосомы|неслучайную инактивацию Х-хромосомы|en|Skewed X-inactivation}}<ref name="entrez_7503"/>.

В 2013 году было показано, что внедрение гена Xist в одну из 21-х хромосом стволовой клетки с трисомией по 21-й хромосоме (причина [[Синдром Дауна|синдрома Дауна]]) позволяет инактивировать эту хромосому. Таким образом, ген Xist может лечь в основу нового подхода к лечению синдрома Дауна<ref>{{cite pmid|23863942}}</ref>.

== Примечания ==
{{примечания|2}}

== Литература ==
* {{книга
 | автор         = Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др.
 | заглавие      = Молекулярная биология клетки
 | ссылка        = 
 | ответственный = Перевод с английского - А.Н. Дьяконовой, А.В. Дюбы и А.А. Светлова. Под ред. - Е.С. Шилова, Б.П. Копнина, М.А. Лагарьковой, Д.В. Купраша.
 | место         = М.—Ижевск
 | издательство  = НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика»
 | год           = 2013
 | том           = 1
 | страниц       = 1052
 | страницы      = 1213
 | isbn          = 978-5-4344-0112-8
 | ref           = Альбертс и др.
}}
* {{статья |автор= Шевченко А. И., Захарова И. С., Закиян С. М. |заглавие= Эволюционный путь процесса инактивации Х-хромосомы у млекопитающих|оригинал= |ссылка=http://elibrary.ru/item.asp?id=21203632 |автор издания= |издание=Acta Naturae |тип= |место= |издательство= |год=2013 |выпуск= |том= 5|номер=2 |страницы=40-54 |isbn= |issn= |doi= |bibcode= |arxiv= |pmid= |язык= |ref=Шевченко и др.|archiveurl= |archivedate=}}

== Ссылки ==
* {{cite web|url=https://biomolecula.ru/articles/zagadochnoe-puteshestvie-nekodiruiushchei-rnk-xist-po-x-khromosome|title=Загадочное путешествие некодирующей РНК Xist по X-хромосоме|author=Кочанова, Наталья|publisher=// Сайт ''Biomolecula.ru''|date=2013-10-21|accessdate=2018-03-21}}

{{Добротная статья|Молекулярная биология}}

[[Категория:Некодирующие РНК]]
[[Категория:Эпигенетическое наследование]]