Bất hoạt nhiễm sắc thể X và in dấu gen
Bất hoạt nhiễm sắc thể X và in dấu gen là hai hiện tượng biểu sinh tạo ra sự khác biệt ổn định, có thể di truyền trong biểu hiện gen mà không làm thay đổi trình tự DNA. Ở động vật có vú cái, một trong hai nhiễm sắc thể X bị bất hoạt phiên mã để cân bằng liều lượng gen liên kết X giữa hai giới; trong in dấu gen, một tập hợp con các gen trên nhiễm sắc thể thường chỉ được biểu hiện từ một alen của cha mẹ theo nguồn gốc của nó. Lĩnh vực này nhóm các dạng biểu hiện đơn alen phụ thuộc vào cha mẹ và nhiễm sắc thể này cùng với các rối loạn phát sinh khi chúng bị sai lệch.
Definition
Bất hoạt nhiễm sắc thể X là sự bất hoạt phát triển của một nhiễm sắc thể X trong các tế bào động vật có vú cái để đạt được sự bù liều lượng, trong khi in dấu gen là sự đánh dấu biểu sinh của một số gen nhất định để chúng chỉ được biểu hiện từ alen được thừa hưởng từ mẹ hoặc chỉ từ cha.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm logic bù liều lượng ở động vật có vú thông qua bất hoạt X, bộ máy RNA không mã hóa và chromatin thiết lập và duy trì X không hoạt động, việc thiết lập các dấu ấn nguồn gốc cha mẹ tại các locus in dấu, hậu quả kiểu hình của các hiệu ứng nguồn gốc cha mẹ, và nhóm lâm sàng các rối loạn in dấu. Nó được xây dựng như một tài liệu tham khảo và bản đồ giáo dục về các cơ chế và khái niệm, không phải là hướng dẫn chẩn đoán hoặc điều trị.
Sub-topics
Core questions
- Động vật có vú cân bằng liều lượng gen liên kết X giữa các cá thể XX và XY như thế nào?
- Những tín hiệu phân tử nào chọn, bất hoạt và duy trì nhiễm sắc thể X không hoạt động?
- Các dấu ấn nguồn gốc cha mẹ được thiết lập trong dòng mầm và được đọc trong phôi như thế nào?
- Điều gì xảy ra trên lâm sàng khi bất hoạt X hoặc in dấu bị gián đoạn?
Key concepts
- Bù liều lượng
- Bất hoạt X ngẫu nhiên so với bất hoạt X in dấu
- Tính khảm chức năng (Lyon hóa)
- Biểu hiện đơn alen, nguồn gốc cha mẹ
- Các vùng được methyl hóa khác biệt (vùng kiểm soát in dấu)
- Tái lập trình dòng mầm của các dấu ấn
- Dị bội đơn cha mẹ và đột biến biểu sinh
Key theories
- Giả thuyết Lyon (bất hoạt X)
- Mary Lyon đề xuất rằng ở động vật có vú cái, một nhiễm sắc thể X được bất hoạt ngẫu nhiên và ổn định sớm trong quá trình phát triển, để mỗi tế bào chỉ biểu hiện gen từ một X và con cái là khảm chức năng của hai quần thể tế bào.
- Lý thuyết xung đột cha mẹ (họ hàng) về in dấu
- In dấu gen được hiểu là kết quả của một cuộc giằng co tiến hóa giữa các alen được thừa hưởng từ mẹ và cha về việc phân bổ nguồn lực cho con cái, điều này có thể giải thích tại sao các gen biểu hiện từ cha thường thúc đẩy và các gen biểu hiện từ mẹ thường hạn chế sự tăng trưởng.
Mechanisms
Cả hai hiện tượng đều phụ thuộc vào các trạng thái biểu sinh ổn định được xếp chồng lên DNA không thay đổi. Trong bất hoạt X, RNA không mã hóa dài XIST được điều hòa tăng lên từ nhiễm sắc thể X không hoạt động trong tương lai, bao phủ nhiễm sắc thể đó theo kiểu cis, và tuyển mộ các phức hợp sửa đổi chromatin để đặt các dấu hiệu histone ức chế và methyl hóa DNA, biến nhiễm sắc thể thành một thể Barr dị nhiễm sắc, phần lớn không hoạt động, được truyền lại một cách trung thực qua quá trình phân chia tế bào. Trong in dấu, các dấu hiệu methyl hóa được thiết lập trong dòng mầm đực hoặc cái tại các vùng kiểm soát in dấu và tồn tại qua quá trình tái lập trình toàn bộ bộ gen của giai đoạn phôi sớm; các vùng được methyl hóa khác biệt này sau đó định hướng biểu hiện đặc hiệu alen của các gen lân cận trong suốt cuộc đời của cá thể. Do đó, cả hai hệ thống đều sử dụng methyl hóa DNA, sửa đổi histone và RNA không mã hóa để tạo ra một bộ nhớ về nguồn gốc nhiễm sắc thể hoặc cha mẹ.
Clinical relevance
Sự gián đoạn của các hệ thống này là cơ sở của một nhóm các tình trạng bệnh lý ở người được công nhận: bất hoạt X lệch hoặc không hoàn toàn điều hòa biểu hiện bệnh liên kết X ở nữ giới, và mất, tăng hoặc thiết lập sai các dấu ấn tạo ra các rối loạn in dấu với các đặc điểm tăng trưởng và phát triển thần kinh đặc trưng. Lĩnh vực này giải thích các cơ chế liên kết trạng thái biểu sinh với kiểu hình và hỗ trợ việc đọc phê bình các tài liệu di truyền; nó mang tính mô tả và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc quản lý cá nhân.
Epidemiology
Bất hoạt X ngẫu nhiên làm cho mỗi động vật có vú cái trở thành một khảm tế bào, một đặc điểm gần như phổ biến của sinh học nữ giới hơn là một bệnh. Các gen in dấu chỉ chiếm một phần nhỏ trong bộ gen (khoảng vài trăm gen), nhưng các rối loạn in dấu mà chúng gây ra là những tình trạng bẩm sinh riêng lẻ hiếm gặp, nhưng khi gộp lại, chúng góp phần vào các rối loạn tăng trưởng và phát triển thần kinh.
History
Lĩnh vực này mở ra vào năm 1961 khi Mary Lyon đề xuất bất hoạt X đơn để giải thích tính khảm màu lông và sự bù liều lượng ở chuột. In dấu gen được chứng minh vào những năm 1980 thông qua các thí nghiệm cấy ghép nhân và nhắm mục tiêu gen cho thấy bộ gen của mẹ và cha không tương đương về mặt chức năng, và kỷ nguyên phân tử đến vào những năm 1990 với việc phát hiện ra XIST và các dấu hiệu methyl hóa phân biệt các alen của cha mẹ. Công việc tiếp theo đã tích hợp RNA không mã hóa, chromatin và kiến trúc nhiễm sắc thể vào một bức tranh thống nhất về biểu hiện đơn alen biểu sinh.
Key figures
- Mary F. Lyon
- Edith Heard
- Wolf Reik
- Azim Surani
- Carmen Sapienza
Related topics
Seminal works
- lyon-1961
- reik-walter-2001
- galupa-heard-2018
- peters-2014
Frequently asked questions
- Bất hoạt X và in dấu gen có liên quan gì với nhau?
- Cả hai đều là cơ chế biểu sinh làm bất hoạt một bản sao của một gen hoặc nhiễm sắc thể mà không làm thay đổi trình tự DNA. Bất hoạt X làm bất hoạt toàn bộ một nhiễm sắc thể X để bù liều lượng, trong khi in dấu làm bất hoạt các alen nhiễm sắc thể thường cụ thể tùy theo cha mẹ mà chúng đến từ; cả hai đều dựa vào methyl hóa DNA, dấu hiệu histone và RNA không mã hóa.
- Tại sao các cơ chế này lại quan trọng trong y học?
- Khi bất hoạt X bị lệch hoặc các dấu ấn bị mất hoặc thiết lập sai, những thay đổi về liều lượng gen có thể gây ra hoặc điều chỉnh bệnh, bao gồm một nhóm các rối loạn in dấu được xác định. Hiểu các cơ chế làm rõ tại sao một số tình trạng phụ thuộc vào cha mẹ của một đột biến hoặc thay đổi nhiễm sắc thể.