Cell：高通量測序解析神秘X失活

　　來自北卡羅萊納大學遺傳學系Terry Magnuson實驗室的研究人員完成了一項最新研究成果，拓寬了我們對于一個特殊的過程：X去活性(X inactivation)的理解，有助于更深入了解細胞如何調控這一過程中的X染色體沉默。相關成果公布在11月21日的Cell雜志上。

　　文章的第一作者是Magnuson實驗室的博士后研究員Mauro Calabrese，他表示，“這是一個典型案例――通過X去活性方面的基礎研究，提出了一種旗艦模型，能用于了解非編碼RNAs如何能精密操控基因表達大型調控的。簡而言之，就是嘗試了解細胞如何調節基因表達的。我們的這一研究結果意義廣泛，能通過了解正常細胞如何行使功能，從而深入探索疾病機理和治療方法”。

　　X去活性(X inactivation)也就是X染色體失活，是指一般女性雖然都有兩條X染色體，但事實上有一條會惰性化，變成巴爾體(Barr body)，這個過程由Mary F. Lyon發現，因此也被稱為里昂化作用。

　　“男性染色體為XY，女性的則有兩個X，其中一個會被關閉。如果沒有關閉，就無法存活。這就是我們進化過程中達到男性和女性平衡的一種方式，”Calabrese說。

　　雖然過去五十年來，科學家們一直針對這種X染色體失活的情況進行研究，但是其中精確的調控機制依然是一個迷，而Calabrese等人采用了一種高通量測序的方法，解析了這一過程，以前所未有的精度確定了這種作用的位置和活性。

　　“基本上可以說，這項研究是將測序技術當成了一種高分辨率顯微技術，”Calabrese說。

　　在顯微鏡下，可以看到失活的X染色體(Xi)呈云狀結構，因為它被一種稱為Xist的非編碼RNA籠罩著。而在傳統的X去活性模型中，被籠罩的基因是完全沉默的，其中15%的基因會逃逸出來，變得活躍。

　　“當時認為這些逃逸除了的基因是被拉出了中心區域，進行表達的”Calabrese說。

　　而最新這項研究提出了一種新模型，這一模型更加復雜精確，研究人員發現了Xist云狀結構中存在活性基因，而云狀結構外也有失活基因，這兩者在之前的模型中都未被包括進去。

　　“這很微妙，但從機制上來說，是一個很大的區別，”Calabrese說。

　　在Xist云狀結構中，研究人員通過測序發現了微量的DNase I敏感性(DNase I sensitivity)，這是一種常與轉錄活性聯系在一起的特征，雖然缺少與轉錄相關的其它標志，但是這一特征的存在表明細胞核確實將失活X染色體當成了可用的DNA，但有一種未知的機制，抑制了基因被激活。

　　“這令我們驚訝，如果這些基因是完全沉默的，這就不會發生……這表明，轉錄因子或DNA結合的其它蛋白仍然能接觸到這些失活X染色體，”Calabrese說。

　　還有一些令人驚訝的發現，比如研究人員發現這15%“逃逸”出來的基因，即存在于Xist云狀結構中，也存在于結構外，而Xist結構外也有沉默的基因。

　　“如果說X染色體失活是一個嚴密的核屏障，那么從這個屏障中被拉出來的基因就應該能被激活，但是卻沒有，”Calabrese說。Xist結構中出現了DNAase I敏感性，以及結構外發現了失活基因，都表明染色體上基因調控的作用方式，比僅僅只是開關這種模式要復雜得多，目前具體的機制還不清楚。不過 Calabrese認為Xist基因在其中扮演了重要角色，其確切的功能，以及是否有其他因素影響了X染色體失活，還有待研究。

　　“我們只知道對于關鍵失活X來說，Xist基因是必需的，但是如何進行的，我們并不知道，”Calabrese說。

　　除了還需深入探索X-染色體失活的作用機理，研究人員表示，還需要分析Xist云狀結構的功能，從而揭示更多關于非編碼RNAs在細胞發育過程中的其它作用，這些RNA今后也許能作為治療和藥物研發的靶標。

　　“非編碼RNA的表達出現太多錯誤，可能導致癌癥。而有些非編碼RNA的表達則可以預防癌癥。其實我們還并不了解這些RNA，”Calabrese說。