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女性染色体灭活机制的研究

众所周知,男性和女性中的染色体是不同的。女性的体细胞中含有2个X染色体,而男性只有1个。如果女性的2个染色体和它们全部的基因都被激活,那它们产生的蛋白会是男性中的两倍;这将会扰乱人体的生物化学平衡。

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当然,大自然不会让这么容易的错误发生,女性的其中1个染色体在子宫内的早期发展阶段就完全且永久性的灭活。但是,负责灭活的机制至今还并不完全清楚。一项小鼠研究表明,一种叫Xist的RNA分子在这个过程中发挥着重要的作用。


研究发现,有数百份拷贝的该分子附着在其中一个X染色体上。科学家们认为,这些RNA分子会联合其它分子使X染色体灭活。近日,发表在《Cell Reports》杂志上的一项研究中,苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的遗传学教授Anton Wutz领导的研究小组发现了7个与灭活相关的基因。


干细胞拯救行动


在这项研究中,科学家们使用的老鼠干细胞有两个特点,第一是像未受精的卵细胞一样只有一个X染色体;第二,经过修饰后,细胞能够连续不断地产生Xist,从而使仅有的一个X染色体失活,最终细胞死亡。


通过大规模的筛选,科学家们希望鉴定出哪些基因对X染色体的失活是至关重要的。具体来说,研究人员是利用一种病毒随机损伤干细胞遗传物质中的单个基因。如果病毒插入后破坏的基因是Xist使X染色体失活所需要的,那么X染色体将不会被灭活,相应的细胞也会存活。这就好比一场干细胞拯救行动。


最终,科学家们通过这种途径分离出了存活的干细胞,并确定了与X染色体失活相关的7个基因,其中一个叫Spen。该基因会产生一种蛋白,使它与RNA结合。在其它试验中,ETH的研究表明,如果老鼠细胞缺乏Spen基因,负责改变染色体结构的蛋白不能够有效地在X染色体上积累。


无独有偶,一个英国的研究小组在同期杂志中发表了同样的结果。研究人员使用RNA干扰的方式也发现了几个与X染色体灭活相关的基因,其中也包括了Spen。Wutz教授表示,还需要进一步的研究来阐明其它基因在该机制中的作用。


人与鼠的细微差别


虽然Xist和Spen基因也存在于人类中。但几年前,一个法国研究小组推测,除了Xist基因外,人类还有另外一个系统用以确保男性中含有一个X染色体以及女性中只有一个X染色体有活性。而这系统并不存在于老鼠中。


受激活因子和抑制因子相互作用的影响,人类X染色体活性的调节可能远比想象的要复杂。Wutz指出,虽然在理论层面上,老鼠的研究不能直接映射到人类中,但是至少可以为人类系统提供一些参考。遗传学家想要弄清详细的过程,仍有大量的工作要做。

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