Journal of Biomedicine and Biotechnology, 2006; 2006: (más artículos en esta revista)

¿Líneas tienen un papel en X-Inactivación de cromosomas?

Hindawi Publishing Corporation
María F. Lyon

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Resumen

Hay pruebas de larga data que el cromosoma X de inactivación (XCI) viaja menos con éxito en autosómica que en X-cromosómicas cromatina. La repetición de elementos intercalados LINE1s (L1s) se han propuesto como candidatos a "Impulsores" que promueven la propagación del XCI en el cromosoma-X. En el presente documento se analiza la evidencia en relación con el posible papel de L1s a XCI. Hay pruebas recientes, derivados de la secuenciación del genoma humano proyecto y de otras fuentes, confirma que los mamíferos de los cromosomas X son de hecho ricos en L1s, excepto en las regiones donde hay muchos genes escapar XCI. La densidad de L1s es el más alto en la regiones evolutivamente más antigua. Trabajos recientes en X; Autosome translocaciones en humanos y de ratón sugiere el fracaso de la estabilización de XCI en autosómica material, de modo que los genes son reactivados, pero la resistencia de los genes autosómicos para silenciar el original no está excluida. La acumulación de L1s en el cromosoma X puede haber dado lugar a la disminución de la recombinación o fines de reproducción. Si L1s son parte del mecanismo de XCI o consecuencia de ésta sigue siendo enigmática.

INTRODUCCIÓN

En una etapa inicial en el descubrimiento del cromosoma X-inactivación (XCI), los fenómenos observados en el ratón X; Autosome translocaciones proporcionado importantes pistas. La primera observación pertinente que llevaron al descubrimiento de XCI fue que las mujeres ratones heterocigotos para ligada al X color genes mostraron patrones característicos de color variegación en sus diferentes escudos de los patrones producidos por los genes autosómica color [1]. Similar variado pelaje color patrones se produjo en las mujeres heterocigotos para X; Autosome translocaciones cuando el trasladadas autosómica segmento incluyen loci de genes capa de color [2]. Esto se atribuyó a los gastos de viaje de la señal de inactivar el cromosoma X en el adjunto Autosome. Sin embargo, la inactivación de los genes de color producido en sólo uno de los dos segmentos en los que Autosome se rompió. Esto llevó al concepto de la inactivación X-centro (XIC) en el cromosoma X, a partir de la cual la señal de silenciamiento de propagación en un cis-de forma limitada a lo largo del cromosoma [3, 4]. Sólo X-cromosómicas o autosómica segmentos en continuidad física con la XIC se sometió a la inactivación. Otra característica visto en X; Autosome translocaciones que fue el segmento que participan autosómica no se someten a la inactivación completa. Los genes distantes de la translocación romper mostró menos variegación, y, por tanto, la inactivación menos, que los genes más cerca de la ruptura [4]. Parece ser que la señal de silenciamiento viajó con éxito a menos que en autosómica X-cromosómicas cromatina.

El concepto de la inactivación X-centro ha dado lugar a importantes avances. El XIST / gen Xist (XIST es el símbolo de genes humanos y el ratón Xist símbolo de genes) clonado de la XIC ha demostrado ser necesaria y suficiente para el inicio de XCI en el embrión temprano [5, 6]. Xist códigos para un sin traducir mRNA que recubre el período inactivo el cromosoma X (XI) [7] e inicia silenciamiento génico. Esto es seguido por un proceso de estabilización del estado inactivo, que es independiente de Xist e implica una compleja serie de cambios en la cromatina, incluyendo modificaciones de histonas y metilación de islas CpG (revisado en [8]]. La tarde se convierte en Xi replicar, su histonas H3 y H4 son hypoacetylated, histona H3 es metilado en lysines K9 y K27, sus islas CpG son metilado, y está asociada con la variante de la histona macro-H2A.1. Estos son los llamados rasgos distintivos de XCI.

Así, se sabe mucho sobre la incoación del XCI, pero la base para la aparentemente menos éxito los viajes de silenciamiento en autosómica que en X-cromosómicas cromatina sigue siendo enigmática. Riggs [9, 10] sugiere la existencia de "manera estaciones" o "Impulsores" a lo largo del cromosoma X-que mejora la propagación del XCI. Me sugirió que repetir elementos intercalados, específicamente LINE1s, eran candidatos para la Impulsores [11, 12]. En este documento se hace una revisión de las pruebas a favor y en contra esta sugerencia.

Pruebas de candidatura de LINE1s como elementos de refuerzo
La riqueza de LINE1s en el cromosoma X -

Aunque XCI es incompleta en autosómica material, según parece, de muchos humanos X; Autosome translocaciones y ratón de los transgenes, que pueden viajar hasta cierto punto, en cualquier Autosome. Por lo tanto, a ser candidatos para Impulsores, los elementos deben estar presentes en todo el genoma, sino que debe ser especialmente densa en el cromosoma-X. El ratón y humanos de los cromosomas X se describió por primera vez por ser rica en L1s sobre la base de FISH (fluorescente hibridación in situ) las pruebas con anticuerpos frente a L1s [13, 14]. Esto se amplió posteriormente a otras especies [15, 16]. En el sector de las frutas bat Carollia, una X; Autosome translocación forma parte del cariotipo normal. Parroquia et al [17] encontró que el cromosoma X-parte de la translocación es rica en L1s pero el autosómica parte no fue más ricos que otros autosomas. De este modo, los datos sugieren que la riqueza en L1s es una característica común de los mamíferos X-cromosomas.

Los datos procedentes del Proyecto Genoma Humano ha dado más información detallada sobre la distribución de L1s humanos a lo largo de la X-cromosoma. Bailey et al [18] comparó el humano el cromosoma X con varios autosomas y consideró que el cromosoma X-de hecho, a ser rico en L1s, habiendo un 26% L1s en comparación con sólo el 13% de ADN autosómico. En el humano el cromosoma X, algunos genes XCI escapar y permanecen activas en el XI. Estos genes escapar tienden a ser agrupadas en ciertas regiones, sobre todo en la parte distal del brazo corto, Xp. Bailey et al encontró que la concentración de L1s en esta parte distal de Xp fue menor que en las inmediaciones de la XIC. También se estudió la edad de la L1s, y comprobó que eran fundamentalmente de una edad más temprana, a contar desde el momento en la evolución de los euterios radiación. Ross et al [19] estudió la secuencia completa anotada del ser humano el cromosoma X-y fueron capaces de proporcionar más detalles sobre la distribución de L1s. Confirmaron que el cromosoma X es realmente rico en L1s, habiendo un 29% L1s en comparación con el genoma de un promedio de 17%. La densidad de L1s fue alta en todo el XIC, pero el propio gen XIST sentar en una región de 60 kb no ricos en L1s. Xp distal, donde hay muchos genes escapar XCI, tenía una densidad de L1 no mayor que en autosomas. Graves y Watson [20] ha estudiado la historia evolutiva del cromosoma X-y se dividen en una edad X-región conservada (XCR), que ha evolucionado desde una Autosome en una etapa temprana, y una región más recientemente añadido de un Autosome , La X región añadido, XAR. Estas regiones se dividen en cinco subregiones en función de su edad evolutiva [21]. Ross et al descubierto que la densidad de L1s en las distintas regiones estaba fuertemente correlacionado con la edad evolutiva, siendo la más alta en las regiones evolutivamente más antigua.

Por lo tanto, estos datos son compatibles con L1s tener un papel como impulsores en XCI. Sin embargo, no revelan si L1s son parte del mecanismo de XCI o si la densidad de L1s es una consecuencia de XCI.

La prueba de que parece estar en conflicto con los datos de Bailey et al y Ross et al proviene de la labor de Ke y Collins [22]. Ellos estudiaron la densidad de puntos L1s a partir del 1 kb a 100 kb anterior o posterior, de 19 de genes humanos que escaparon XCI y 73 normalmente inactiva los genes y no encontró diferencias significativas. Sin embargo, encontrar una menor densidad de islas CpG en torno a escapar de los genes. Este trabajo, a su vez, fue contradicha por Carrel y Willard [23] que estudió un número mucho mayor de escapar y nonescaping genes, y no encontró diferencias en la isla CpG contenido pero, al igual que Ross et al, encontraron que las regiones con muchos genes escapar tenían un L1 menor contenido. Dos grupos han estudiado pollo transgenes introducidos en el ratón-el cromosoma X, para determinar si estaría sujeto a XCI, habida cuenta de que es poco probable que contienen secuencias de reconocimiento importante para XCI (como los jóvenes L1s que están ausentes en el genoma de pollo). Riggs [24] presentó un pollo transgén en el locus HPRT ratón. El transgén había completar secuencias de acompañamiento, pero no L1s y, sin embargo, se desactivará cuando en el XI. Sin embargo, Goldman et al [25, 26] presentó un mayor construir, que consta de 11 ejemplares de la gallina 17 kb gen de transferrina (187 kb en total), en el ratón cromosoma X-y el escape de transgenes inactivación. Esto es coherente con L1s actuando sobre distancias relativamente grandes.

Al igual que en los humanos, los datos de la secuenciación del genoma del ratón proyecto han confirmado que el ratón-el cromosoma X es rica en L1s tener 28,5% L1s en comparación con el 14,6% en autosomas [27]. El ratón Y-cromosoma también es rica en L1s. Tsuchiya et al [28] estudiaron una región del ser humano X, Xp11.2, que contiene un dominio de escapar de los genes y la comparó con una región conservada en el ratón, que sólo tiene un escape de genes. No encontraron asociación de L1 con la densidad de escapar de XCI, L1, salvo que la densidad se redujo a la SMCX / Smcx gen región. En contraste, la densidad de largo terminal repite (LTRs) se redujo en la región escapar humanos.

Los datos recientes sobre X; Autosome translocaciones

XCI incompleta en autosómica segmentos adjunta al cromosoma X en X; Autosome translocaciones puede tener diversas causas. La señal de silenciamiento puede dejar de viajar en autosómica la cromatina, o autosómica genes podrían ser resistentes a la señal, o la estabilización de XCI puede no llegar a fin de que los genes se someten a la reactivación. Es difícil decir a estas causas de separación en casos específicos, pero algunas pistas están disponibles. En algunos casos, los genes en una larga distancia de la translocación en romper la Autosome son inactivados, mientras que algunos otros genes intersticial no lo son. En tal caso, la fuga de los genes intersticial de XCI debe ya sea a causa de la resistencia a la original o silenciar la señal de silenciamiento inicial seguida de reactivación. Para distinguir entre estas dos posibilidades requiere de observaciones en distintos momentos. Por ejemplo, las observaciones se pueda hacer de ratón embriones vivos y jóvenes de diversas edades, o cultivos celulares podrían seguirse en diferentes pasajes. A principios de trabajo en el ratón, hubo la participación de varias translocaciones de cromosomas 7 y el escudo en color genes albinos, c, y pinkeye, p [29]. Tanto la c y p genes mostró variegación, como consecuencia de la inactivación de los de tipo salvaje alelos en el segmento trasladadas, pero el nivel de la variegación y, por ende, de la inactivación de un variado translocación a otro. Por lo tanto, incompleta XCI de los dos genes de color no puede haber sido únicamente debido a su resistencia a la señal de silenciamiento o el mecanismo de estabilización. El grado de viaje de las señales en el Autosome debe haber sido al menos parcialmente responsables, y esto se confirma por el hecho de que variegación fue menor con una mayor distancia de los genes en cuestión de la XIC. La prueba de que la reactivación también participó fue proporcionada por Cattanach [30] que mostraron que los animales con la inactivación de los de tipo salvaje alelo del gen albino debido a la translocación ¿(In7; X) 1Ct oscurecido con la edad, como los de tipo salvaje alelo recuperado de expresión. La distribución de las células pigmentadas era tal que no podrían haber surgido por el movimiento de las células pigmentadas en todo el cuerpo, pero debe haber surgido por el cambio en la expresión de genes de pigmentos. Así, en este grupo de translocaciones, parece que tanto el fracaso de viaje de la señal y el fracaso de la estabilización estuvieron involucrados.

Recientemente ha habido nuevos trabajos con el ratón y el humano translocaciones. En el ratón, Duthie et al [31] estudiaron dos translocaciones resultante en variegación de abrigo color genes, T (4; X), lo que da 37H variegación para el gen marrón, b, y ¿(In7; X) 1Ct (previamente estudiada por Cattanach), que da variegación de albinos, c, de ojos de color rosa, p, y ruby2, RU2. Encontraron sólo limitado el recubrimiento de material con autosómica Xist ARN y la variación de célula a célula. Del mismo modo, la propagación de hypoacetylation de la histona H4 en los Autosome es limitado y variable. En el cromosoma X-sí, Xist ARN se limitaba a la luz del G-bandas. Estos resultados son coherentes con propagación inicial de ARN Xist hasta el punto de que más allá de los genes inactivados, seguido por el fracaso del mecanismo de estabilización a fin de que los caracteriza XCI, como hypoacetylation de las histonas, no parece, y en algunos genes que las células se reactivado. La resistencia de algunos genes para silenciar la señal original también es posible. Como Cattanach [30] ha demostrado previamente la reactivación de las de tipo salvaje alelo del gen c en Is (In7; X) 1Ct, se tiene la tentación de atribuir todos los efectos observados a la reactivación, pero en realidad el fracaso de viaje de la silenciar la señal y la resistencia de algunos genes para que también son posibles.

Los recientes resultados humanos con X; Autosome translocaciones también han sugerido la existencia de reactivación de autosómica material. Estos estudios han utilizado productos translocación desequilibrada. En los individuos con equilibrado X; Autosome trasladadas las translocaciones de cromosomas X suele ser el activo (Xa) en todas las celdas. Inactivación de la trasladadas X conduce a desequilibrios genéticos, debido a la inactivación de la adjunta Autosome y el fracaso de inactivación del cromosoma X-segmento que carecen de la XIC. Células trasladadas con el cromosoma X-como el Xi seleccionados son, por lo tanto en contra. Por el contrario, en una translocación desequilibrada, la inactivación de la trasladadas segmento tiende a restablecer el equilibrio y la genética se ha seleccionado. White et al [32] estudiaron una mujer con una desequilibrada X 4; translocación y un fenotipo normal, lo que sugiere que la mayor parte del exceso chromosone 4 segmento se inactiva. Descubrieron que los genes 14/20 y etiquetas de secuencias expresadas (EST) fueron inactivados y 6 / 20 se expresaron. El inactivado los genes se distribuyeron ampliamente a lo largo de la serie de sesiones de carácter autosómico, lo que indica que la inactivación de la señal ha recorrido una larga distancia a lo largo del segmento, más de 100 Mb. Cinco de las seis secuencias se expresó intersticial, después de haber inactivado secuencias de ambas partes. Estos resultados fueron consistentes ni con la resistencia de estos genes para silenciar la señal original o con su reactivación.

Una imagen similar en consonancia con la resistencia, ya sea a silenciar, o con la reactivación, o con ambos ha surgido a partir de otros estudios con humanos X; Autosome translocaciones, en el que diversas características de XCI han sido estudiados. Keohane et al [33] no encontró en la propagación de Autosome XIST RNA, hypoacetylation, oa fines de replicación en dos translocaciones desequilibradas, pero otros obtuvieron resultados diferentes. Sharp et al [34] estudió cinco translocaciones desequilibradas, uno de los cuales también había sido utilizado por Keohane et al y encontró una variación considerable en la propagación del XCI. El panorama general fue discontinua de propagación del XCI, con algunos genes intersticial no inactivados. Punzones de XCI, incluidos hypoacetylation de las histonas, fines de reproducción, y la isla CpG metilación, varía de un caso a otro y de célula a célula. En contraste con los resultados de Keohane et al, encontraron algunas de propagación en el XCI Autosome en el caso estudiado también por estos autores. Hall et al [35] estudiaron dos translocaciones desequilibradas en el que el fenotipo normal relativamente considerable sugiere la inactivación de genes. En ambos translocaciones, sólo una parte de la autosómica segmento fue revestido con XIST RNA. En uno de ellos, el Autosome mostró hypoacetylation, y por tanto, a fines de reproducción variadas célula a célula. El autosómica segmentos parecen mostrar más distintivos del XCI que fue indicado por el ARN XIST cobertura, y los autores sugieren que el ARN XIST había ampliado aún más. El trabajo se realizó con cultivos de células, y en pasajes anteriores de las mismas celdas, completa fines de reproducción de la autosómica segmento se ha observado, mientras que ahora es sólo parcial, lo que sugiere una pérdida tardía de replicación con el tiempo. La falta de estabilización de la inactivación parecía una mejor explicación de los efectos observados de resistencia a silenciar la señal original.

De este modo, las pruebas en su conjunto a partir de X; Autosome translocaciones que es incompleta XCI en autosómica material implica una combinación de factores. Los primeros trabajos en las translocaciones del ratón se indica incompleta de viaje original de la señal de silenciamiento en diferentes translocaciones. Los datos más recientes sugieren que, además, puede haber resistencia de algunos genes para silenciar la señal, y también el fracaso de la estabilización de la señal, que conduzcan a la reactivación. La posibilidad de reactivación encajaría con la labor anterior de Cattanach [30] relativa a la reactivación del gen albino con la edad en la inserción Is1Ct. También es coherente con los estudios de Hall et al [36] que presenta el XIST un transgén en un Autosome en células humanas cultivadas, y se encontró disminución de los signos de XCI con el tiempo en la cultura. El panorama general en la actualidad es que tanto el original y silenciar también el mecanismo de estabilización son susceptibles al fracaso en autosómica material.

Los posibles mecanismos de acción de LINE1s

Cuando el gen XIST se presenta como un transgén en un Autosome, efectos similares a los de X; Autosome translocaciones son vistos. El ARN XIST Autosome los abrigos, pero no completamente, y los genes son silenciados, pero estos a una distancia de los transgenes pueden escapar silenciar [37]. Wutz y Jaenisch [38] inducible construyó un transgén XIST cDNA y lo introdujeron en un ratón en Autosome embrionarios (ES) cells. En células madre embrionarias indiferenciadas, el ARN XIST viajó a lo largo del cromosoma y traído silenciamiento de los genes. Este silenciamiento no fue acompañado por características de XCI y se invirtió cuando el agente que induce la expresión de cDNA fue removido. Cuando las células madre embrionarias se permitió diferenciar a la presencia de cDNA XIST, punzones de XCI apareció y el silencio se convirtió en irreversible e independiente de expresión del XIST por el agente de inducción. Por lo tanto, hay algunos factores de desarrollo, no identificado en la actualidad, necesarios para el inicio del proceso de estabilización. El calendario de viajes de XIST RNA, por lo tanto, es muy importante. Si este no es el ARN en lugar cuando el factor de desarrollo inicia la estabilización, el proceso fracasará. Todavía no se sabe cuánto tiempo se requiere para el proceso de recubrimiento de los cromosomas con XIST RNA. Sin embargo, los datos de Latham [39] y de Huynh y Lee [40], que a principios de embriones de ratón X-genes ligados a una distancia de la XIC permanecen activas en etapas posteriores de los cerca de la XIC, sugieren que es bastante lento proceso. Posiblemente, L1s podría afectar a la velocidad de desplazamiento de XIST RNA. Otra posibilidad es que podría promover la vinculación de XIST RNA a la cromatina, y por lo tanto, podría ayudar a la estabilización.

El proceso de estabilización también podrían ser afectadas de otras maneras. L1s podría afectar la unión de la modificación de las histonas-enzimas o puedan afectar a la isla CpG metilación. Hansen [41] estudiado L1s de metilación en las mujeres que sufren de forma autosómica recesiva, síndrome de ICF (inmunodeficiencia, centroméricas inestabilidad, y anomalías faciales) causada por la deficiencia de la DNMT3B de novo de genes de ADN metiltransferasa. Estas mujeres mostraron normal metilación de islas CpG y L1s en autosomas y el activo X, pero redujo la metilación de ambos y L1s islas CpG en los inactivos X-cromosoma. Esto indica que L1s y las islas CpG en la X inactivo metilado son de DNMT3B, y que autosómica y Active X son L1s metilado por alguna otra enzima. Hansen llegó a la conclusión de que X-cromosómicas L1s son probablemente unmethylated en el momento de inicio de XCI en el embrión temprano. Esto es coherente con ellos que tengan un papel en la XCI. Otra posibilidad es que L1s tienden a cambiar el estado de la cromatina hacia la heterochromatic estado de nuevo y esta pudiera tender a ayudar a la estabilización de XCI [42].

Un punto interesante es que Allen et al [43] encontró un exceso de L1s en el acompañamiento de las regiones autosómica monoallelically genes expresados, tanto impresa genes y al azar monoallelically expresaron los genes. En humanos y de ratón, el L1s eran principalmente de un joven evolutivamente, las especies de tipo específico, lo que sugiere que había acumulado después de los genes se convirtió en monoallelic, y que los genes afectados habían elaborado una estrategia para la participación de monoallelic expresión L1s por primera vez después de monoallelic. Al igual que ocurre con el cromosoma X, el papel de estas L1s no está claro.

Mecanismo de acumulación de LINE1s en el cromosoma X -

Examen de las posibles formas de acumulación de L1s en el cromosoma X podría dar algunas pistas en cuanto a si esta acumulación es una parte del mecanismo de XCI o es el resultado de la misma. Una posibilidad es que L1s se han acumulado como consecuencia de la reducción en la recombinación en el cromosoma X-como el X-Y-y los cromosomas se han diferenciado. El cromosoma Y-se cree que han diferenciado de los cromosomas X de una serie de inversiones [19, 44]. Cada inversión se han llevado a una ausencia en los hombres de la recombinación en el segmento invertido. Esto ha sido seguido por la degeneración del segmento aislado de los cromosomas. Se ha sugerido que el nivel de L1s en los genomas de mamíferos es el resultado de la competencia entre la inserción y la escisión, escisión y se cree que la participación de recombinación. Por lo tanto, como la recombinación en el cromosoma X-disminuyó en evolución, se acumulan L1s [16, 45]. En la especie Drosophila miranda D retrotransposones se observaron a acumular durante la evolución de un neo-cromosoma Y [42], a pesar de que no se acumulan en las X. Otra posibilidad es que el retraso en la replicación del cromosoma X inactivo cuando se pudiera llevar a un acumulación de L1s [16]. Por lo tanto, la acumulación de L1s podría ser debido a la diferenciación de los X-Y-y cromosomas en evolución y en este sentido incidental para XCI. Cabe señalar, sin embargo, que la edad de las fechas L1s ellos desde el momento de los euterios la radiación [18], así después del momento de la diferenciación de los X-Y-y cromosomas. Aun cuando la acumulación de L1s es incidental a XCI, podrían aún ser parte del mecanismo. No puede ser un auto-sostenible el sistema. Es posible que, como el X-Y-y cromosomas diferenciadas, L1s acumulado y esta a favor de la propagación del XCI, que presumiblemente se inició a las XIC. Además acumulación de L1s en evolución podría entonces han sido seleccionados.

CONCLUSIÓN

En la actualidad, hay buena evidencia de una acumulación de L1s humanos en el cromosoma X en esa distribución que puedan cumplir la función de elementos de refuerzo en XCI. Si se trata o no de hecho, tienen una función de este tipo es menos clara. La información de la secuencia del ser humano el cromosoma X-muestran que las regiones con muchos genes escapar tienen una menor densidad de L1s es muy provocadora. Además de la cobertura más limitada de Tsuchiya et al [28], sería muy valioso contar con datos similares a las del ratón-el cromosoma X, lo que ha sido mucho reordenará de evolución y donde hay menos escapar de los genes.