Войти
Компенсация дозировки - это процесс, с помощью которого организмы уравнивают экспрессию генов у представителей разных биологических полов. У разных видов разные полы часто характеризуются разными типами и разным количеством половых хромосом. Чтобы нейтрализовать большую разницу в дозировке генов, вызванную разным числом половых хромосом между полами, различные ветви эволюции приобрели различные методы для выравнивания экспрессии генов между полами. Поскольку половые хромосомы содержат разное количество генов, разные виды организмов разработали разные механизмы, чтобы справиться с этим неравенством. Воспроизвести настоящий ген невозможно; таким образом организмы вместо этого уравнивают экспрессию каждого гена. Например, у людей женщины (XX) заглушают транскрипцию одной Х-хромосомы каждой пары и транскрибируют всю информацию от другой, экспрессируемой Х-хромосомы. Таким образом, самки человека имеют такое же количество экспрессированных генов, сцепленных с Х-хромосомой, что и мужчины-мужчины (XY), причем оба пола имеют по существу одну Х-хромосому на клетку, из которой можно транскрибировать и экспрессировать гены.
Разные клоны выработали разные механизмы, позволяющие справляться с различиями в количестве копий генов между полами, которые наблюдаются на половых хромосомах. Некоторые клоны развили дозовую компенсацию, эпигенетический механизм, который восстанавливает экспрессию специфических генов X или Z у гетерогаметного пола до тех же уровней, которые наблюдались у предка до эволюции половой хромосомы. Другие линии уравнивают экспрессию X- или Z-специфических генов между полами, но не до уровня предков, т.е. они обладают неполной компенсацией с «балансом дозировки». Одним из примеров этого является X-инактивация, которая происходит у людей. Третий документально подтвержденный тип механизма регулирования дозы гена - это неполная компенсация без баланса (иногда называемая неполной или частичной компенсацией дозы). В этой системе экспрессия генов локусов, специфичных для пола, снижена у гетерогаметного пола, то есть у женщин в системах ZZ / ZW и у мужчин в системах XX / XY.
Существует три основных механизма достижения дозовой компенсации, которые широко описаны в литературе и являются общими для большинства видов. К ним относятся случайная инактивация одной женской X-хромосомы (как наблюдается у Mus musculus ; это называется X-инактивацией ), двукратное увеличение транскрипции одной мужской X-хромосомы (как наблюдается у Drosophila melanogaster ) и снижение транскрипции за счет половина в обеих Х-хромосомах гермафродитного организма (как наблюдается у Caenorhabditis elegans ). Эти механизмы широко изучались, и ими манипулировали на модельных организмах, обычно используемых в условиях лабораторных исследований. Краткое изложение этих форм дозовой компенсации проиллюстрировано ниже. Однако существуют и другие, менее распространенные формы дозовой компенсации, которые не так широко исследованы и иногда специфичны только для одного вида (как это наблюдается у некоторых птиц и монотремных видов).
Три основных механизма дозовой компенсации наблюдаются в обычных модельных эукариотических организмах. Одним из логических способов уравнять экспрессию генов среди мужчин и женщин, которые следуют схеме дифференциации пола XX / XY, могло бы быть уменьшение или полное устранение экспрессии одной из хромосом X у гомогаметного индивида XX или женщины, так что и мужчины, и женщины женщины тогда экспрессируют только одну Х-хромосому. Так обстоит дело со многими организмами млекопитающих, включая людей и мышей.
Доказательства этого механизма дозовой компенсации были обнаружены до того, как ученые поняли, каковы его последствия. В 1949 году Мюррей Барр и Эверт Бертрам опубликовали данные, описывающие присутствие «ядрышковых сателлитов», которые, по их наблюдениям, присутствовали в зрелой соматической ткани разных видов самок. Дальнейшая характеристика этих спутников показала, что на самом деле они были упаковками конденсированного гетерохроматина, но прошло десятилетие, прежде чем ученые осознали значение этой специализированной ДНК.
Затем, в 1959 году Сусуму Оно доказал, что эти сателлитные структуры, обнаруженные исключительно в женских клетках, на самом деле произошли от женских Х-хромосом. Он назвал эти структуры телами Барра в честь одного из исследователей, которые первоначально задокументировали их существование. Исследования Оно тел Барра у самок млекопитающих с множественными Х-хромосомами показали, что такие самки использовали тела Барра для инактивации всех своих Х-хромосом, кроме одной. Таким образом, Оно описал правило «n-1» для прогнозирования количества тел Барра у самки с n количеством X-хромосом в ее кариотипе.
Одновременно Мэри Ф. Лайон начала исследовать манипуляции с X-сцепленными признаками, которые имели фенотипически видимые последствия, особенно у мышей, цвет шерсти которых является признаком, тесно связанным с X-хромосомой. Опираясь на работу, проделанную Оно и его коллегами, Лайон в конечном итоге доказал, что материнская или отцовская Х-хромосома случайным образом инактивируется в каждой клетке женского тела у исследуемых видов, что объясняет гетерогенный узор шерсти, который она наблюдала у своих мозаичных мышей.. Этот процесс известен как X-инактивация и иногда упоминается как «лионизация». Это открытие можно легко экстраполировать для объяснения смешанных цветовых узоров, наблюдаемых в шерсти черепаховых кошек. Рисунок шерсти, характерный для черепаховых кошек, встречается почти исключительно у самок, потому что только они случайным образом инактивируют одну Х-хромосому в каждой соматической волосковой клетке. Таким образом, если предположить, что гены, определяющие цвет волос, являются X-сцепленными, имеет смысл, что независимо от того, инактивирована ли материнская или отцовская X-хромосома в конкретной волосковой клетке, может возникнуть различная экспрессия цвета меха.
В сочетании с открытиями Лиона в 1962 году Эрнест Бейтлер использовал линии женских фибробластов, выращенных в культуре, чтобы продемонстрировать наследуемость лионизации или случайной инактивации X. Анализируя дифференциальную экспрессию двух существующих жизнеспособных аллелей гена X-связанного фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (G6PD), Бейтлер обнаружил, что инактивация гена передавалась по наследству от пассированных поколений клеток.
Этот паттерн дозовой компенсации, вызванный случайной инактивацией X, регулируется на протяжении развития у самок млекопитающих, следуя согласованным паттернам на протяжении всего развития; например, в начале развития большинства самок млекопитающих обе Х-хромосомы изначально экспрессируются, но постепенно подвергаются эпигенетическим процессам, чтобы в конечном итоге достичь случайной инактивации одного Х. В половых клетках инактивированные Х-хромосомы затем снова активируются, чтобы гарантировать их экспрессию в гаметы, продуцируемые самками млекопитающих.
Таким образом, дозовая компенсация у млекопитающих в значительной степени достигается за счет подавления одной из двух X-хромосом самок посредством X-инактивации. Этот процесс включает модификации гистонового хвоста, паттерны метилирования ДНК и реорганизацию крупномасштабной структуры хроматина, кодируемой геном X-ist. Несмотря на эти обширные модификации, не все гены вдоль X-хромосомы подвержены X-инактивации; активная экспрессия в некоторых локусах необходима для гомологичной рекомбинации с псевдо-аутосомной областью ( PAR ) Y-хромосомы во время мейоза. Кроме того, 10-25% генов Х-хромосомы человека и 3-7% генов Х-хромосомы мыши вне PAR демонстрируют слабую экспрессию неактивной Х-хромосомы.
Другой общий механизм для достижения одинаковой генетической экспрессии, связанной с Х-хромосомой, у мужчин и женщин, включает двукратное усиление транскрипции одной мужской Х-хромосомы. Таким образом, гетерогаметные мужские организмы с одной Х-хромосомой могут соответствовать уровню экспрессии, достигаемому у гомогаметных самок с двумя активными Х-хромосомами. Этот механизм наблюдается у дрозофилы.
Концепция дозовой компенсации фактически возникла из понимания организмов, у которых самцы активировали X-сцепленные гены в два раза, и намного позже была расширена для учета наблюдений за некогда загадочными тельцами Барра. Еще в 1932 году Х. Дж. Мюллер провел серию экспериментов, которые позволили ему проследить выражение цвета глаз у мух, который является геном, сцепленным с Х-хромосомой. Мюллер представил мутантный ген, который вызывал потерю пигментации в глазах мух, и впоследствии отметил, что у самцов только с одной копией мутантного гена пигментация аналогична пигментации самок с двумя копиями мутантного гена. Это привело к тому, что Мюллер придумал фразу «дозовая компенсация» для описания наблюдаемого явления выравнивания экспрессии генов.
Несмотря на эти достижения, только в 1965 году Ардхенду Мукерджи и В. Берманн провели более продвинутые эксперименты по авторадиографии, когда ученые смогли подтвердить, что транскрипция генов в одной мужской X-хромосоме была вдвое выше, чем в двух женских X-хромосомах. Мукерджи и Берманн подтвердили это, разработав эксперимент с использованием авторадиографии на клетках, который позволил им визуализировать включение [3H] уридина в рибонуклеиновую кислоту Х-хромосом. Их исследования показали равные уровни включения [3H] уридина в одну мужскую Х-хромосому и две женские Х-хромосомы. Таким образом, исследователи пришли к выводу, что двукратное увеличение скорости синтеза РНК в Х-хромосоме мужчины по сравнению с таковой у женщины может объяснить гипотетическую дозовую компенсацию Мюллера.
В случае двукратного увеличения транскрипции одной мужской Х-хромосомы, тело Барра бесполезно, и мужской организм должен использовать другой генетический аппарат для увеличения транскрипционного выхода своей единственной Х-хромосомы. Для таких организмов характерно, что Y-хромосома необходима для мужской фертильности, но не играет явной роли в определении пола. У дрозофилы, например, ген сексуальной летальности (SXL) действует как ключевой регулятор половой дифференциации и созревания в соматической ткани ; у животных XX SXL активируется для подавления повышенной транскрипции, в то время как у животных XY SXL неактивен и позволяет развиваться самцам за счет повышенной транскрипции одиночного X. На X-хромосоме дрозофилы существует несколько сайтов связывания для комплекса дозовой компенсации (DCC). рибонуклеопротеидный комплекс; эти сайты связывания имеют различные уровни сродства, предположительно для различной экспрессии конкретных генов. Мужской специфический смертельный комплекс, состоящий из белка и РНК, связывает и выборочно модифицирует сотни X-сцепленных генов, увеличивая их транскрипцию до уровней, сопоставимых с уровнем самок D. melanogaster.
У организмов, которые используют этот метод дозовой компенсации, присутствие одной или нескольких Х-хромосом должно быть обнаружено на ранней стадии развития, поскольку неспособность инициировать соответствующие механизмы дозовой компенсации смертельна. Специфические летальные белки для мужчин (MSL) - это семейство из четырех белков, которые связываются с Х-хромосомой исключительно у мужчин. Название «MSL» используется потому, что мутации в этих генах вызывают неспособность эффективно активировать Х-сцепленные гены надлежащим образом и, таким образом, являются смертельными только для мужчин, а не для их коллег-женщин. SXL регулирует пре-мессенджерскую РНК у самцов для дифференцированного сплайсинга MSL и приводит к соответствующему увеличению транскрипции Х-хромосомы, наблюдаемому у самцов дрозофилы. Непосредственной целью SXL является специфический для мужчин летальный-2 (MSL-2). Современная догма предполагает, что связывание MSL-2 на нескольких сайтах вдоль гена SXL у самок предотвращает правильную трансляцию MSL-2 и, таким образом, как ранее говорилось, подавляет возможность генетической позитивной регуляции X-хромосомы у самок. Однако все другие факторы транскрипции в семействе MSL - мужские, MSL-1 и MSL-3 - способны действовать, когда SXL не экспрессируется, как в случае мужчин. Эти факторы увеличивают транскрипционную активность мужской X-хромосомы. Ацетилирование гистонов и последующая активация X-сцепленных генов у мужчин диктуется комплексом MSL. В частности, специальные некодирующие roX РНК на комплексах MSL способствуют связыванию с единственной мужской X-хромосомой и диктуют ацетилирование специфических локусов вдоль X-хромосомы, а также образование эухроматина. Хотя эти РНК связываются в определенных участках мужской X-хромосомы, их эффекты распространяются по длине хромосомы и могут влиять на крупномасштабные модификации хроматина. Считается, что последствия этой распространяющейся эпигенетической регуляции вдоль мужской X-хромосомы имеют значение для понимания передачи эпигенетической активности на длинных участках генома.
Другие виды, которые не следуют ранее обсуждавшимся соглашениям о самках XX и самцах XY, должны найти альтернативные способы уравнять экспрессию генов, сцепленных с X, у разных полов. Например, у Caenorhabditis elegans (или C. elegans) пол определяется соотношением Х-хромосом по отношению к аутосомам; черви с двумя Х-хромосомами (черви ХХ) развиваются как гермафродиты, тогда как черви только с одной Х-хромосомой (черви ХО) развиваются как мужчины. Эта система определения пола уникальна, потому что в ней нет мужской специфической хромосомы, как в случае систем определения пола XX / XY. Однако, как и в случае с ранее обсуждавшимися механизмами дозовой компенсации, неспособность надлежащим образом экспрессировать Х-сцепленные гены все еще может быть летальным.
В этой системе определения пола XX / XO экспрессия генов на X-хромосоме уравновешивается путем подавления экспрессии генов на обеих X-хромосомах гермафродитных XX-организмов наполовину. У этих XX-организмов комплекс компенсации дозы (DCC) собран на обеих X-хромосомах, чтобы обеспечить это строго регулируемое изменение уровней транскрипции. DCC часто сравнивают с конденсиновым комплексом, который сохраняется в митотических и мейотических процессах многих видов. Этот комплекс имеет решающее значение для конденсации и сегрегации хромосом как во время мейоза, так и митоза. Поскольку данные подтверждают теорию о том, что дозовая компенсация у других видов вызывается модификациями на уровне хроматина, многие предполагают, что DCC, в частности, функционирует аналогично комплексу конденсина в его способности конденсировать или ремоделировать хроматин X-хромосомы.
Роль DCC в этой форме дозовой компенсации была постулирована Барбарой Дж. Мейер в 1980-х годах, а ее отдельные компоненты и их совместная функция позже были проанализированы в ее лаборатории. Примечательно, что в 1999 году данные лаборатории Мейера показали, что SDC-2 является особенно важным транскрипционным фактором для нацеливания DCC на X-хромосому и для сборки компонентов DCC на X-хромосомах у XX эмбрионов. Совсем недавно лаборатория Мейера показала, что белки, известные как X-связанные сигнальные элементы (XSE), действуют совместно с SDC-2, дифференциально подавляя и активируя другие гены в пути дозовой компенсации. Выборочно мутируя панель генов, предположительно вносящих вклад в дозовую компенсацию у червей, группа Мейера продемонстрировала, какие XSE конкретно играют роль в определении нормальной дозовой компенсации. Они обнаружили, что во время эмбрионального развития несколько генов, сцепленных с Х, в том числе sex-1, sex-2, fox-1 и ceh-39, действуют комбинаторно, избирательно подавляя транскрипционную активность гена xol-1 у гермафродитов. Экспрессия Xol-1 строго регулируется на раннем этапе развития и считается самым вышестоящим геном в определении пола C. elegans. Фактически, xol-1 часто упоминается в литературе как главный регулятор пола C. elegans. Эмбрионы XX C. elegans имеют гораздо более низкую экспрессию xol-1, чем их аналоги XO, в результате общего увеличения количества транскрипции SEX-1, SEX-2, CEH-39 и FOX-1, продуцируемых в женских эмбрионах. Это последующее снижение экспрессии xol-1 затем обеспечивает более высокие уровни экспрессии SDC-2, что способствует образованию и функционированию комплекса DCC у гермафродитных червей XX и, в свою очередь, приводит к выравниванию экспрессии генов, сцепленных с X, у гермафродита.
Хотя все вышеупомянутые XSE действуют для снижения экспрессии xol-1, экспериментальное снижение уровней экспрессии этих индивидуальных XSE, как было показано, оказывает минимальное влияние на определение пола и успешную дозовую компенсацию. Отчасти это может быть связано с тем, что эти гены кодируют разные белки, которые действуют совместно, а не изолированно; например, SEX-1 представляет собой рецептор ядерного гормона, тогда как FOX-1 представляет собой РНК-связывающий белок со свойствами, способными вызывать посттранскрипционные модификации в мишени xol-1. Однако снижение уровня более чем одного XSE в различных комбинационных перестановках, по-видимому, оказывает аддитивный эффект на обеспечение правильного определения пола и результирующего механизма компенсации доз. Это подтверждает гипотезу о том, что эти XSE действуют вместе для достижения желаемого определения пола и дозовой компенсации. Таким образом, в этом модельном организме достигнутый уровень экспрессии Х-хромосомы напрямую коррелирует с активацией множественных XSE, которые в конечном итоге действуют, подавляя экспрессию xol-1 в развивающемся эмбрионе червя. Краткое изложение этого механизма дозовой компенсации C. elegans проиллюстрировано ниже.
Секс система ZZ / ZW используется большинством птиц, а также некоторых рептилий и насекомых. В этой системе Z - это большая хромосома, поэтому самцы (ZZ) должны заглушить некоторый генетический материал, чтобы компенсировать меньшую W-хромосому самки (ZW). Вместо того, чтобы подавлять молчание всей хромосомы, как это делают люди, куры-самцы (модель организма ZZ), по-видимому, участвуют в избирательном подавлении Z, при котором они заставляют молчать только определенные гены на дополнительной Z-хромосоме. Таким образом, куры-самцы экспрессируют в среднем 1,4–1,6 ДНК Z-хромосомы, экспрессируемой самками. Экспрессия Z-хромосомы самцов зябликов и кур выше, чем уровни аутосомной экспрессии, тогда как экспрессия Х-хромосомы у людей женского пола равна показателям аутосомной экспрессии, что ясно показывает, что и самцы кур, и самцы зебровых амадин практикуют неполное молчание. Немногие другие системы ZZ / ZW были проанализированы так тщательно, как курица; однако недавнее исследование тутового шелкопряда выявило аналогичные уровни неравной компенсации по мужским Z-хромосомам. Z-специфические гены были чрезмерно экспрессированы у мужчин по сравнению с женщинами, и несколько генов имели одинаковую экспрессию как в мужских, так и в женских Z-хромосомах.
У кур большинство генов с компенсацией дозировки существует на Zp, или коротком плече хромосомы, в то время как некомпенсированные гены находятся на Zq, или длинном плече хромосомы. Компенсированные (заглушенные) гены на Zp напоминают область на примитивной половой хромосоме утконоса, предполагая предка системы XX / XY.
Половые хромосомы птиц развивались отдельно от хромосом млекопитающих и имеют очень небольшую гомологию последовательностей с хромосомами XY. Таким образом, ученые называют половые хромосомы птиц системой, определяющей пол ZW, причем самцы обладают двумя Z-хромосомами, а самки - одной Z-хромосомой и одной W. Таким образом, можно предположить, что дозовая компенсация у птиц будет следовать схеме, аналогичной модели. случайная X-инактивация наблюдается у большинства млекопитающих. С другой стороны, птицы могут демонстрировать пониженную транскрипцию двух Z-хромосом, присутствующих у мужского гетерогаметного пола, подобно системе, наблюдаемой в двух гермафродитных X-хромосомах C. elegans. Однако механизмы дозовой компенсации у птиц существенно отличаются от этих прецедентов. Вместо этого самцы птиц, по-видимому, выборочно подавляют только несколько генов вдоль одной из своих Z-хромосом, а не случайным образом подавляют молчание целой Z-хромосомы. Этот тип избирательного глушителя привел к тому, что некоторые люди называют птиц «менее эффективными» при дозовой компенсации, чем млекопитающие. Однако более поздние исследования показали, что те гены на Z-хромосоме, которые не инактивированы у птиц, могут играть важную роль в рекрутировании механизма дозовой компенсации в Z-хромосому у ZZ организмов. В частности, было продемонстрировано, что один из этих генов, ScII, является ортологом xol-1, главного гена регулятора пола у C. elegans. Таким образом, функция избирательного сайленсинга может заключаться в сохранении дозовой компенсации генов, критических для определения пола гомологичного спаривания.
Хотя эпигенетические механизмы дозовой компенсации у птиц плохо изучены, особенно по сравнению с хорошо изученными механизмами дозовой компенсации у людей и дрозофил, несколько недавних исследований выявили многообещающие последовательности. Одним из примеров является MHM (гиперметилированная мужская) РНК, длинная некодирующая РНК, подобная Xist, которая экспрессируется только у кур-самок (ZW). Это связано со специфическим для женщин гипер-ацетилированием лизина 16 на гистоне 4 рядом с локусом MHM на Z-хромосоме. Этот локус MHM хорошо изучен как место дозовой компенсации, поскольку мужские Z-хромосомы гиперметилированы и, таким образом, недоэкспрессируют гены в этой области по сравнению с женскими Z-хромосомами, которые гиперацетилированы и сверхэкспрессируют эти гены. Однако ведутся споры о том, является ли локус MHM дозовой компенсацией, поскольку ученые утверждают, что даже если было обнаружено, что локус MHM имеет значительно большую экспрессию у женщин, чем у мужчин, его нельзя даже рассматривать как механизм компенсации дозы. поскольку он не уравновешивает дозу гена между Z-хромосомой и аутосомами у гетерогаметного пола.
Подобно млекопитающим, куры, по-видимому, используют CpG-островки (сегменты цитозин-фосфат-гуанина, которые более легко метилируются и заглушаются, чем другие сегменты ДНК) для регулирования экспрессии генов. Одно исследование показало, что островки CpG были обнаружены в основном в компенсированных областях Z-хромосомы - областях, которые по-разному экспрессируются у самцов и самок кур. Таким образом, вероятно, что эти CpG-островки являются местами, где гены на мужской Z-хромосоме метилируются и заглушаются, но которые остаются функциональными на женской Z-хромосоме.
Утконос, разновидность монотремы Монотремы - это класс базальных млекопитающих, которые также откладывают яйца. Это отряд млекопитающих, в который входят утконосы и четыре вида ехидны, все из которых откладывают яйца. В то время как монотремы используют систему XX / XY, в отличие от других млекопитающих, монотремы имеют более двух половых хромосом. У самца короткоклювой ехидны, например, девять половых хромосом - 5 X и 4 Y, а у самца утконоса 5 X и 5 Y.
Утконосы - монотремный вид, механизм определения пола которого широко изучен. В академических кругах есть некоторые разногласия по поводу эволюционного происхождения и правильной систематики утконосов. Недавнее исследование показало, что четыре X-хромосомы утконоса, а также Y-хромосома гомологичны некоторым участкам Z-хромосомы птицы. В частности, утконос X1 гомологичен Z-хромосоме курицы, и обе имеют гомологию с хромосомой 9 человека. Эта гомология важна при рассмотрении механизма дозовой компенсации у монотремов. В 50% клеток женского утконоса экспрессируется только один из аллелей на этих Х-хромосомах, в то время как в остальных 50% экспрессируются множественные аллели. Это в сочетании с частями, гомологичными Z хромосомам курицы и 9 человека, означает, что этот уровень неполного молчания может быть предковой формой дозовой компенсации.
Независимо от их неоднозначной эволюционной истории, эмпирически установлено, что утконосы следуют системе определения пола XY, при этом самки обладают пятью парами X-хромосом в качестве гомогаметного пола, а самцы обладают пятью X и пятью Y-хромосомами в качестве гетерогаметного пола. Поскольку весь геном утконоса еще не полностью секвенирован (включая одну из Х-хромосом), все еще продолжаются исследования в отношении окончательного механизма дозовой компенсации, которому следуют утконосы. В исследовании, проведенном в лаборатории Дженнифер Грейвс, использовался анализ КПЦР и SNP BAC, содержащих различные гены из X-хромосом, чтобы определить, экспрессируются ли сразу несколько аллелей для определенных X-сцепленных генов или иным образом компенсируются дозировки. Ее группа обнаружила, что у самок утконоса некоторые Х-сцепленные гены экспрессируют только аллель одной Х-хромосомы, в то время как другие гены экспрессируют несколько аллелей. По-видимому, это система, аналогичная методу дозовой компенсации избирательного подавления, наблюдаемому у птиц. Однако около половины всех X-сцепленных генов, по-видимому, также стохастически экспрессируют только одну активную копию указанного гена, ссылаясь на систему случайной X-инактивации, наблюдаемую у людей. Эти данные предполагают, что утконосы могут использовать гибридную форму дозовой компенсации, которая сочетает в себе особенности млекопитающих и птиц. Понимание эволюции такой системы может иметь значение для закрепления истинной наследственной линии монотрем.
Помимо людей и мух, некоторые растения также используют системы компенсации дозировки XX / XY. Растения Silene latifolia также могут быть мужскими (XY) или женскими (XX), причем Y-хромосома меньше и экспрессируется меньше генов, чем X-хромосома. Два отдельных исследования показали, что экспрессия X-сцепленных генов у самцов S. latifolia составляет около 70% от экспрессии у самок. Если бы S. latifolia не практиковала дозовую компенсацию, ожидаемый уровень экспрессии Х-сцепленного гена у самцов был бы на 50% выше, чем у самок, таким образом, растение применяет некоторую степень дозовой компенсации, но, поскольку мужская экспрессия не на 100% выше, чем у самок. самок, было высказано предположение, что S. latiforia и его система дозовой компенсации все еще развиваются. Кроме того, у видов растений, у которых отсутствуют диморфные половые хромосомы, дозовая компенсация может происходить, когда аберрантные мейотические события или мутации приводят либо к анеуплоидии, либо к полиплоидии. Гены на пораженной хромосоме могут быть активированы или подавлены, чтобы компенсировать изменение нормального количества присутствующих хромосом.
Исследования дозовой компенсации были проведены на шести видах рептилий-токсикоферанов и на одном виде черепах софтшелл. Были исследованы два вида ценофидиевых змей (один принадлежит к семейству Viperidae, а другой - к семейству Colubridae), и оба они демонстрируют женские гетерогаметные системы определения пола (ZZ \ ZW) и имеют неполную компенсацию без баланса. Дракон Комодо демонстрирует неполную компенсацию без баланса доз в их независимо разработанной системе ZZ / ZW. В системе XX / XY Basiliscus vittatus и множественных новополовых хромосомах с мужской гетерогаметностью у пигоподового геккона Lialis burtonis также наблюдалась неполная компенсация без баланса доз. Зеленый анол ( Anolis carolinensis ; Dactyloidea) имеет определение пола XX / XY и в отличие от других изученных на сегодняшний день чешуекрылых имеет полную дозовую компенсацию с дозовым балансом. У мягкой черепахи из Флориды ( Apalone ferox) с половыми хромосомами ZZ / ZW также было обнаружено отсутствие дозового баланса при экспрессии Z-сцепленных генов.
XCI инициируется очень рано во время эмбрионального развития женщины или при дифференцировке женских эмбриональных стволовых (ES) клеток и приводит к инактивации одной X-хромосомы в каждой женской соматической клетке. Этот процесс запускается очень рано во время развития, примерно на стадии от двух до восьми клеток, и сохраняется в развивающихся внеэмбриональных тканях эмбриона, включая плаценту плода. Xist РНК индуцирует гетерохроматинизацию Х-хромосомы за счет привлечения модификаторов хроматина, участвующих в подавлении генов. РНК Xist тесно связана с Xi, и она необходима для инактивации X-хромосомы в цис. Нокаут-исследования на женских ES-клетках и мышах показали, что X-хромосомы, несущие делецию гена Xist, не могут инактивировать мутированный X. Большинство женских линий ES-клеток человека демонстрируют инактивированную X-хромосому уже в недифференцированном состоянии, характеризующемся экспрессией XIST., Покрытие XIST и накопленные маркеры гетерохроматина на Xi.
Широко распространено мнение, что человеческие эмбрионы не используют XCI перед имплантацией. У женских эмбрионов происходит накопление РНК Xist на одной из двух Х-хромосом, начиная примерно с 8-клеточной стадии. РНК Xist накапливается на стадиях морулы и бластоцисты и, как было показано, связана с подавлением транскрипции хромосомной области, покрытой Xist, что указывает на компенсацию дозировки. Однако в последнее время становится все более очевидным, что XCI отцовской Х-хромосомы уже присутствует с 4-х клеточной стадии и далее во всех клетках доимплантационных эмбрионов мыши, а не на 8-клеточной стадии.
Xite и Xist представляют собой длинные некодирующие РНК, которые регулируют и облегчают процесс X-инактивации и играют важную роль в подавлении генов в X-хромосоме, которая инактивируется. Они работают в сочетании с Tsix, которая является некодирующей РНК, которая является антисмысловой, которая подавляет эффекты Xist на X-хромосоме, в которой он экспрессируется на материнской X-хромосоме при запуске регуляции X-инактивации. Эти три РНК регулируют пару XX в цис- ориентации, чтобы обе хромосомы были доступны для ингибирующего действия. Tsix и Xite выполняют основные функции lncRNA в дополнение к X-инактивации и регулируют пару XX в транс- ориентации. Это обеспечивает исключительное молчание для обеих Х-хромосом. Xite и Tsix оба существенны в ориентированных направленных процессах в цис и транс, поскольку видно, что без Tsix и Xite в транс он нарушает спаривание и подсчет генов.
Как только Xist выключен и больше не регулирует процесс, Tsix также будет медленно снижаться в экспрессии до тех пор, пока обе РНК не перестанут изменяться Xic. Xite является локусом, который содержит сайты начала межгенной транскрипции из гиперчувствительных сайтов аллельных кроссоверов / различий. Когда начинается X-инактивация, транскрипция Xite увеличивается и сигнализирует о подавлении Tsix в цис- ориентации, которая находится на молчащей X-хромосоме, при этом способствуя персистенции Tsix на активной X-хромосоме. Xite также играет важную роль в асимметрии экспрессии Tsix и генерирует неравенство Х-хромосом посредством перемещения и помощи в ориентации хромосом, на которые должна воздействовать правильная последующая lncRNA, либо Tsix, либо Xist.
Бабочка-монарх Danaus plexippus принадлежит к отряду Lepidoptera и имеет 30 хромосом, одна из которых является новой половой хромосомой, которая является результатом слияния одной из половых хромосом и аутосомы. Исследование с использованием комбинации методов (сборка Hi-C, анализ покрытия и ChIp-seq) показало, что сегмент neo-Z демонстрирует полную дозовую компенсацию, которая достигается за счет увеличения транскрипции у самок ZW. Интересно, что предковый сегмент Z демонстрирует баланс доз с уровнями транскрипции, равными для обоих полов, но меньшими, чем ожидаемый предковый уровень, и это достигается за счет снижения транскрипции у самцов ZZ.
