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X-inativação em ovários

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Fundo

Em todos os euterianos (mamíferos excluindo os marsupiais), a fêmea (que é $ XX $ para o par de cromossomos sexuais) inativa um de seus $ X $. Isso é chamado de compensação de dosagem. Essa inativação ocorre em um determinado momento durante o desenvolvimento quando um $ X $ é silenciado aleatoriamente. As filhas desta célula herdam o padrão de inativação $ X $ epigeneticamente, o que resulta em alguma parte de um tecido tendo o $ X $ materno inativado enquanto outras têm o $ X $ paterno inativado (filhas de alguma outra célula que silenciava o $ paterno X $). Este processo resultou na famosa pelagem de tartaruga em gatas.

Pergunta

Resumidamente

Supondo que a inativação do X tenha ocorrido na linhagem dos oogônios / oócitos, quando ocorre a inativação e a reativação do X na linhagem dos oócitos?

Um pouco desenvolvido

O X também está inativado nos oócitos primários? Se não, o $ X $ está inativado nos oócitos secundários em um folículo primário? Se não, as células-mãe diplóides dos oócitos secundários tinham um $ X $ -inativado? Em caso afirmativo, todas as células-mãe diplóides de oócitos tinham o mesmo $ X $ inativado (a inativação ocorreu relativamente no início do desenvolvimento ou há uma impressão) ou as células-mãe dos oócitos diferiram nos $ X $ que inativaram (ocorreu a inativação relativamente tarde no desenvolvimento)


Veja estes dois artigos:

Basicamente, isso acontece um pouco antes da meiose.


A diferença na composição do cromossomo sexual entre os machos (XY) e as fêmeas (XX) de mamíferos levou à evolução de dois mecanismos principais de compensação de dosagem: regulação positiva do cromossomo X ativo (Xa) em ambos os sexos para equilibrar a expressão de X com os autossomos e a inativação de um cromossomo X em mulheres para evitar a hiperexpressão de X e corrigir a diferença na dosagem do gene entre os sexos [1–3] (ver Tabela 1). Esses mecanismos evoluíram para compensar a presença de apenas uma cópia (haploinsuficiência) de genes ligados ao X em homens devido à degeneração do cromossomo Y de sua origem como um homólogo X [4]. A supressão da recombinação entre os cromossomos sexuais foi aparentemente mediada por grandes inversões Y, conforme deduzido pela homologia X / Y remanescente. Isso levou à degeneração Y devido ao acúmulo de mutações e à incapacidade de restaurar a sequência correta de DNA [5, 6]. Apenas pequenas regiões de homologia e pareamento entre os cromossomos sexuais permanecem, chamadas regiões pseudoautossômicas (PARs) porque os genes dentro dessas regiões se comportam como genes autossômicos.

A iniciação da inativação do X em embriões fêmeas depende da transcrição do longo RNA não codificador XIST/Xist (Transcrito específico inativo X) de um cromossomo (que se tornará o X inativo (Xi)) e recrutamento de um complexo proteico importante para o silenciamento do cromossomo X e formação de heterocromatina [7, 8]. Em humanos, XIST (17 kb de tamanho) está localizado no braço longo do cromossomo X, enquanto que em camundongos onde há apenas um braço, Xist (15 kb de tamanho) está no meio do cromossomo. Xist O RNA se espalha ao longo do cromossomo X em cis e recruta um complexo de proteínas responsável pela deposição de modificações repressivas de histonas no Xi [9-11]. Como resultado, o Xi torna-se heterocromático, silencioso e condensado. Antes da implantação, a inativação X é impressa, com o cromossomo X paterno sempre sendo silenciado. No estágio de blastocisto, o X paterno é reativado e ocorre a inativação aleatória do X (ver Tabela 1).

Embora a maioria dos genes no Xi seja silenciada, alguns genes permanecem expressos tanto no Xa quanto no Xi. Não surpreendentemente, os genes que retêm uma cópia ligada a Y - por exemplo, Kdm5c e Kdm5d (que codificam as histonas demetilases) - escapam da inativação X e, portanto, têm dois alelos expressos em tecidos somáticos masculinos e femininos. No entanto, nem todos os genes 'escapantes' têm uma cópia Y, por exemplo Car5b (anidrase carbônica). Relatórios recentes têm mostrado diferenças marcantes entre humanos e camundongos em relação à identidade e ao número desses genes de 'escape' em tecidos somáticos [12, 13]. Por que existem essas diferenças de espécies? As diferenças estruturais entre os cromossomos X podem desempenhar um papel, bem como uma pressão seletiva para manter as diferenças de sexo.

O escape da inativação do X não se limita às células somáticas femininas. Na verdade, outro tipo de silenciamento do X ocorre nas células germinativas masculinas e é conhecido como inativação do cromossomo sexual meiótico (MSCI, ver Tabela 1). MSCI resulta no silenciamento de RNAs mensageiros codificadores de proteínas do cromossomo X, mas a maioria dos microRNAs ligados ao X (miRNAs) escapam de MSCI, sugerindo que eles desempenham um papel na meiose masculina [14]. Como os genes escapam do silenciamento no cromossomo X heterocromático, seja nas células somáticas ou germinativas? Muitos estudos têm mostrado que a epigenética desempenha um papel crucial na inativação e escape do X [7, 15]. Nesta revisão, iremos resumir o progresso recente feito no campo do escape da inativação do X, comparar o número e a distribuição dos genes de escape humanos e de camundongo e discutir os possíveis mecanismos moleculares envolvidos nos genes que escapam da inativação do X.


Inativação do cromossomo X em uma portadora feminina de uma deleção de 1,28 Mb abrangendo o centro de inativação X humano

A inativação do cromossomo X (XCI) é um mecanismo iniciado especificamente em células femininas para silenciar um cromossomo X, equalizando assim a dose de produtos do gene ligado ao X entre as células masculinas e femininas. O XCI é regulado por um locus no cromossomo X denominado centro de inativação X (XIC). Localizado dentro do XIC é XIST, que atua como um regulador mestre de XCI. Durante o XCI, XIST é regulado positivamente no cromossomo X inativo e em todo o cromossomo cis propagação de XIST leva à inativação. No mouse, o Xic compreende Xist e tudo cis- elementos reguladores e genes envolvidos em Xist regulamento. A atividade do XIC é regulada por trans- fatores atuantes localizados em outras partes do genoma: ativadores XCI codificados por X que regulam positivamente XCI e inibidores XCI codificados autossomicamente que fornecem o limite para a iniciação de XCI. Se o XCI humano é regulado por meio de um mecanismo semelhante, envolvendo trans-fatores reguladores atuando no XIC permaneceram indefinidos até agora. Aqui, descrevemos um indivíduo do sexo feminino com disgenesia ovariana e uma pequena deleção cromossômica X do XIC. A análise de matriz SNP e amplificação de locus direcionada (TLA) definiu a exclusão para uma região de 1,28 megabase, incluindo XIST e todos os elementos e genes que realizam cis- funções regulatórias no mouse XCI. As células que carregam esta deleção ainda iniciam XCI no cromossomo X não afetado, indicando que XCI pode ser iniciado na presença de apenas um XIC. Nossos resultados indicam que o trans-fatores atuantes necessários para a iniciação de XCI estão localizados fora da deleção, fornecendo evidências de que os mecanismos reguladores de XCI são conservados entre camundongos e humanos. Este artigo faz parte da edição temática 'Inativação do cromossomo X: um tributo a Mary Lyon'.

Palavras-chave: Inativação do cromossomo X Deleção XIC XIST.

Declaração de conflito de interesse

Não temos interesses conflitantes.

Figuras

Exclusão XIC identificada pelo SNP ...

Deleção de XIC identificada por análise de matriz SNP. ( uma ) Análise de matriz SNP ...

A deleção de XIC identificou PCR. (…

A deleção de XIC identificou PCR. ( uma ) A exclusão XIC conforme identificada por ...

Exclusão de XIC identificada por TLA.…

Deleção de XIC identificada por TLA. ( uma ) A cobertura TLA é plotada contra ...

O cromossomo X carregando a deleção ...

O cromossomo X que carrega a deleção é preferencialmente ativo. ( uma ) No…

Deleções delineando o XIC humano. ...

Deleções delineando o XIC humano. ( uma ) Gráfico das anomalias cromossômicas ...


Padrão de inativação do cromossomo X em pacientes do sexo feminino com câncer de mama

Nas mulheres, um dos dois cromossomos X é inativado no início da vida embrionária, formando assim mosaicos femininos para duas linhagens celulares. A maioria das mulheres tem uma distribuição 50:50 das duas linhas celulares. Um desvio dessa distribuição é chamado de inativação X distorcida. A inativação distorcida do X pode ser resultado de um evento fortuito, devido a fatores genéticos ou um mecanismo de seleção. Mulheres mais velhas têm uma frequência aumentada de inativação distorcida do X nas células do sangue periférico. Uma associação entre a inativação distorcida do X e BRCA1 mutação no DNA da linha germinativa de pacientes com câncer de ovário foi relatada recentemente (Buller et al 1999). Um aumento significativo no padrão de inativação distorcida do X também foi encontrado em pacientes com câncer invasivo em comparação com pacientes com câncer limítrofe e controles saudáveis, indicando que a inativação distorcida do X é um fator predisponente para o desenvolvimento de câncer invasivo de ovário.

Analisamos o padrão de inativação X no sangue periférico de 216 pacientes do sexo feminino com câncer de mama e 26 pacientes com câncer com documentação BRCA1 mutação da linha germinativa. Os controles eram doadores de sangue do sexo feminino. A inativação do X foi classificada como enviesada quando 90% ou mais das células do sangue periférico usaram preferencialmente um cromossomo X.

Entre mulheres com documentação BRCA1 mutação da linha germinativa, 15% tiveram uma inativação distorcida do X em comparação com 8% das pacientes do sexo feminino sem BRCA1 mutaçãoP = 0,20) e 1% de fêmeas de controle (P = 0,008). Mulheres que desenvolveram câncer de mama em idades jovens (25-45 anos) tiveram uma frequência significativamente maior de inativação distorcida do X do que mulheres controle da mesma faixa etária (P = 0,009). Uma mutação da linha germinativa em um gene supressor de tumor do cromossomo X poderia dar uma vantagem proliferativa às células com essa mutação no cromossomo X ativo, causando assim a inativação distorcida do X.


Inativação do X: o que torna as mulheres mais complicadas do que os homens

Fisiologicamente falando, homens e mulheres têm diferenças claras e visíveis. Da forma do corpo ao tom da voz e aos órgãos reprodutivos, podemos distinguir facilmente os dois sexos. Psicologicamente, também são conhecidas diferenças sexuais na personalidade e nos comportamentos (Schmitt, 2017). Na verdade, “Homens são de Marte, Mulheres são de Vênus”, as diferenças entre os sexos são inegáveis. No entanto, essa enorme diferença tem uma origem muito pequena - os cromossomos sexuais, dois dos 46 cromossomos, que determinam quem somos.

Para visualizar o conjunto completo de informações genéticas de um organismo, os cientistas desenvolveram um método chamado cariótipo, um processo de emparelhar e ordenar todos os cromossomos de um organismo, fornecendo um instantâneo amplo do genoma dos cromossomos de um indivíduo (O & # 8217Connor, 2008). Nos homens, os cromossomos sexuais contêm um cromossomo X e um cromossomo Y, enquanto as mulheres mostram a presença de dois cromossomos X (Qual é a diferença entre os cariótipos masculino e feminino. 2019).

O cromossomo Y é um dos menores cromossomos do genoma humano. Comparado a outros cromossomos humanos, possui um número limitado de genes, e a maioria deles codifica características específicas do sexo masculino, contribuindo para o desenvolvimento e manutenção das células germinativas masculinas, determinando assim o sexo em humanos. Um dos genes mais importantes identificados é o gene SRY (região determinante do sexo no cromossomo Y). Ele está localizado no braço curto do cromossomo Y e demonstrou ser essencial para iniciar o desenvolvimento do testículo e a diferenciação da gônada indiferente e bipotencial na via testicular. O SRY também foi proposto como o gene mestre que regula a cascata da determinação dos testículos (Quintana-Murci & amp Fellous, 2001).

Ao contrário do cromossomo Y pobre em genes, o cromossomo X contém mais de 1.000 genes que são essenciais para o desenvolvimento adequado e a viabilidade celular. Comparando o tamanho dos cromossomos X e Y em um cariótipo, o cromossomo X também é significativamente maior do que o cromossomo Y. Isso teoricamente leva a um problema nas mulheres, já que a presença de duas cópias do cromossomo X deveria resultar em uma dose dupla letal de genes ligados ao X. No entanto, este não é o caso. As fêmeas mamíferas desenvolveram um mecanismo único de compensação de dosagem para corrigir esse desequilíbrio, por um processo chamado inativação do cromossomo X. Durante o desenvolvimento, um dos dois cromossomos X das fêmeas de mamíferos é silenciado transcricionalmente de uma maneira complexa e altamente coordenada, que então se compacta em uma estrutura condensada chamada corpo de Barr. Essa região de células é então mantida de forma estável em um estado silenciado, sem a expressão de genes (Ahn & amp Lee, 2008).

A inativação do X é desencadeada pela expressão do transcrito específico do X inativo (Xist). É um longo RNA não codificante que tem a propriedade única de se ligar e revestir o cromossomo do qual é transcrito. É ativado apenas em células com mais de um X e, portanto, não é expresso em células masculinas. O RNA de Xist é pensado para recrutar fatores de silenciamento que modificam a cromatina, trazendo uma configuração heterocromática mitoticamente estável que pode ser propagada através de divisões celulares subsequentes (Nesterova et al., 2008). Por ser difícil estudar embriões humanos por questões éticas, o processo de inativação do X é intensamente estudado em camundongos. Um gene importante identificado que regula a expressão de Xist e, portanto, a inativação de X é Tsix, um transcrito antisense de Xist. Evidências genéticas de modelos de camundongos indicam que Tsix reprime a expressão de Xist em cis. Antes que o sinal que inicia a inativação aleatória do cromossomo X seja recebido, Xist e Tsix são ambos transcritos de todos os cromossomos X ativos em cada célula feminina. Uma vez que a inativação é iniciada durante o desenvolvimento embrionário, Tsix é desligado em um dos dois Xs, o que permite a regulação positiva de Xist desse locus e se espalha em cis a partir de seu local de síntese para revestir todo o cromossomo X e estabelecer o silenciamento transcricional. A expressão de Tsix em outro cromossomo X persiste e o “protege” de expressar Xist e de ser inativado. O RNA Xist continua a revestir o cromossomo X silenciado em todas as divisões celulares subsequentes, onde contribui para a manutenção do silenciamento (Panning, 2008 Sun & amp Tsao, 2008).

A inativação do X é um processo aleatório em tecidos embrionários humanos. Em outras palavras, o cromossomo X paterno e materno em todas as células somáticas da mulher têm chances iguais de serem silenciados, resultando em um mosaico de células em todas as mulheres, expressando exclusivamente o cromossomo X paterno ou materno. Essa aleatoriedade dá às mulheres a chance de lidar com mutações ligadas ao X (Ahn & amp Lee, 2008). No entanto, vários processos podem ocorrer que perturbam essa aleatoriedade e levam a uma predominância da expressão materna ou paterna, também conhecida como 'inativação distorcida do X'. Às vezes, esse processo acontece estocasticamente. Outras vezes, pode haver modificadores genéticos ou polimorfismos que influenciam a célula a escolher um cromossomo específico. Esse viés que reflete uma perturbação do processo de aleatoriedade é conhecido como inativação X não aleatória primária. Outro motivo que explica esse fenômeno está relacionado ao processo de seleção, no qual, quando um cromossomo X contém um gene ou genes que proporcionam uma vantagem ou desvantagem de crescimento, a razão celular global pode favorecer a expressão de um ou outro X após várias divisões celulares. Esta aleatoriedade preservada da "escolha" inicial, mas com distorção devido aos efeitos seletivos a jusante, é chamada de inativação X não aleatória secundária (Sun & amp Tsao, 2008).

Esta inativação distorcida do X pode afetar mulheres que são heterozigotas para certas mutações ligadas ao X, que em casos mais graves, podem manifestar doenças ligadas ao X que geralmente são vistas apenas fenotipicamente em homens, como hemofilia e distrofia muscular de Duchenne. Esses portadores têm um fenótipo de doença que varia de normal a afetado, dependendo do grau de mosaicismo. No entanto, uma associação direta entre o fenótipo clínico e o fenótipo de inativação do X ainda não foi encontrada (Brown, 1999 Ørstavik, 2006).

Curiosamente, apesar dessa inativação ampla do cromossomo, foi descoberto que cerca de 15% dos genes ligados ao X são desprovidos de revestimento de Xist e escapam da inativação. Os genes de escape são importantes para os humanos, pois acredita-se que a deficiência nesses genes desempenhe um papel importante nos fenótipos observados na síndrome de Turner, uma doença da qual as mulheres possuem apenas um cromossomo X (cromossomo X monossomia 45, X). Mulheres com esta doença apresentam fenótipos graves, incluindo disgenesia ovariana, baixa estatura, pescoço alado e outras anormalidades físicas (Berletch et al., 2011). Além disso, o escape da inativação do X também pode causar fenótipos em indivíduos com cópias adicionais do cromossomo X. O distúrbio mais comum dos cromossomos sexuais em humanos é a aneuploidia XXY, que afeta um em cada quinhentos homens com síndrome de Klinefelter. Homens afetados são geralmente inférteis, e ginecomastia, pêlos esparsos e testículos de tamanho menor são geralmente observados. Suas características sexuais secundárias não podem ser totalmente desenvolvidas devido à produção reduzida de andrógenos (Visootsak & amp Graham, 2006).

A inativação do X tem sido estudada há muito tempo, mas muitos mecanismos subjacentes ainda precisam ser descobertos. O estudo da inativação do X também pode fornecer informações sobre a biologia do câncer, já que dois Xs ativos foram encontrados em muitos tumores humanos de mama e ovário (Liao et al., 2003). Devemos, portanto, permanecer esperançosos na investigação futura do cromossomo X.


Em humanos, todos, exceto 1% dos embriões com monossomia 45.X morrem no utero e aqueles que chegam ao termo sofrem de anormalidades congênitas e infertilidade denominada síndrome de Turner (ST). Em contraste, camundongos fêmeas XO em várias origens genéticas apresentam defeitos físicos muito mais suaves e fertilidade normal, diminuindo seu valor como modelo animal para estudar a infertilidade de pacientes com ST. Neste artigo, relatamos que camundongos XO no histórico genético C57BL / 6J (B6) mostraram perda precoce de oócitos, infertilidade ou subfertilidade e alta letalidade embrionária, sugerindo que o efeito da monossomia X na linha germinativa feminina pode ser compartilhado entre camundongos e humanos . Primeiro, geramos camundongos XO em uma base genética mista N2 (C3H.B6) ou B6 e comparamos o número de oócitos em ovários neonatais N2.XO fêmeas retinham 45% do número de oócitos em fêmeas N2.XX, enquanto B6. As mulheres XO retiveram apenas 15% disso nas mulheres B6.XX. Em segundo lugar, enquanto as fêmeas N2.XO eram tão férteis quanto as fêmeas N2.XX, tanto a frequência de partos quanto o número total de filhotes entregues por fêmeas B6.XO eram significativamente menores do que por fêmeas B6.XX. Terceiro, após o acasalamento com machos B6, as fêmeas N2.XO e B6.XO raramente produziram filhotes XO com cromossomos X paternos, embora uma porcentagem maior de embriões tenha sido XO antes da implantação. Além disso, as fêmeas B6.XO deram à luz 20% dos filhotes XO entre a progênie feminina após o acasalamento com machos C3H. Concluímos que o impacto da monossomia de X na fertilidade de camundongos fêmeas depende do histórico genético.

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X Inativação e Epigenética

A inativação do X é um processo vital que ocorre em todas as células do corpo feminino que contêm DNA. É também um importante modelo de pesquisa e ferramenta para o estudo da epigenética. Epigenética se refere a processos que dizem às nossas células como e quando ler o projeto de DNA. A regulação epigenética do DNA é crítica tanto no desenvolvimento normal quanto na doença.

A inativação do X é um tipo de compensação da dosagem do gene. Em humanos, os cromossomos sexuais X e Y determinam o sexo de um indivíduo - as mulheres têm dois cromossomos X (XX), os homens têm um cromossomo X e um Y (XY). Todos os genes do cromossomo Y são necessários para o desenvolvimento masculino, enquanto os genes do cromossomo X são necessários para o desenvolvimento masculino e feminino. Como as mulheres recebem dois cromossomos X, elas herdam duas cópias de muitos dos genes necessários para o funcionamento normal. Cópias extras de genes ou cromossomos podem afetar o desenvolvimento normal. Um exemplo é a síndrome de Down, que é causada por uma cópia extra de parte ou de todo o cromossomo 21. Nas fêmeas de mamíferos, um processo chamado inativação X evoluiu para compensar o cromossomo X extra. Na inativação do X, cada célula 'desliga' um de seus cromossomos X, escolhido aleatoriamente, para garantir que o número correto de genes seja expresso e para evitar o desenvolvimento anormal.


PSCs como um modelo celular para investigar XCI

Embora avanços recentes tenham sido feitos em relação ao XCI no desenvolvimento humano usando embriões pré-implantação, a escassez desse material e, mais importante, as questões éticas associadas impedem seu uso prolongado. PSCs, que possuem a formidável capacidade de sobreviver quase indefinidamente na cultura, fornecem um promissor ex vivo contraparte a esses estágios iniciais de desenvolvimento e, portanto, permanecem como o modelo celular final para estudos de XCI em humanos. Na verdade, PSCs de camundongos têm sido fundamentais para decifrar recursos, mecanismos e reguladores de XCI em roedores. Existem dois tipos principais de PSCs: células-tronco embrionárias (ESCs), que são diretamente derivadas de embriões, e células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs), que são obtidas através de em vitro reprogramação de células diferenciadas. Porque a questão de saber se a reprogramação de células diferenciadas para iPSCs é acompanhada por XCR em humanos como foi mostrado em camundongos (Maherali et al., 2007) ainda é debatida (Talon et al., 2019), optamos por apenas discutir ESCs.

ESCs humanos em um status pré-XCI

De forma análoga aos ESCs de camundongos, os relatórios iniciais sobre ESCs humanos indiferenciados femininos (hESCs) mostraram que eles carregam dois cromossomos X ativos (Xa, consulte o Glossário, Caixa 1) que não expressam XIST (Xa XIST− Xa XIST−) (Dhara e Benvenisty, 2004). A atividade de ambos os cromossomos X é estabilizada quando as células são derivadas em hipóxia (Lengner et al., 2010), embora o impacto das concentrações de oxigênio esteja em debate (Patel et al., 2017). No entanto, rapidamente transpareceu que o status do cromossomo X de hESCs é muito mais complexo do que se pensava inicialmente, com vários padrões encontrados entre, e até mesmo coexistindo dentro, de linhas de hESC e populações de células (Hoffman et al., 2005 Shen et al., 2008 Silva et al., 2008 Vallot et al., 2015). Além disso, a capacidade de Xa XIST− Xa XIST− hESCs de sofrer XCI após a diferenciação agora é questionada, o status do cromossomo X da maioria dos hESCs indiferenciados é mantido durante a diferenciação (Patel et al., 2017). A razão para esta discrepância é desconhecida, mas pode estar ligada tanto aos critérios usados ​​para definir o status XCI (Caixa 3), bem como à natureza heterogênea da população inicial, com diferenciação selecionando uma população (XIST+) sobre outro (XIST-). No entanto, estudos em embriões pré-implantação estabeleceram agora que o estado pré-XCI em humanos é Xa XIST + Xa XIST + (Okamoto et al., 2011 Petropoulos et al., 2016). Isso lançou a corrida para definir as condições de cultura hESC que sustentam um estado de pré-implantação em vitro.

A pluripotência (ver Glossário, Caixa 1) existe em vários 'sabores', incluindo ingênuo e preparado (Davidson et al., 2015, Nichols e Smith, 2009), que correspondem a estágios distintos de desenvolvimento, massa celular interna pré-implantação e pós-implantação epiblasto, respectivamente. Esses dois estados de pluripotência podem ser distinguidos por várias características metabólicas e moleculares, como sua dependência de vias de sinalização e suas assinaturas transcricionais, incluindo aquelas que emanam de elementos transponíveis (Theunissen et al., 2016). Características epigenéticas, como os níveis e distribuição da metilação do DNA, também definem os estados pluripotentes naïve e primed. O status da atividade do cromossomo X é outra marca registrada - e como veremos, robusta - dos vários estados pluripotentes, com pluripotência ingênua sendo caracterizada por um estado pré-XCI e pluripotência iniciada por um estado pós-XCI (Fig. 2) . Vários métodos e formulações de cultura foram definidos para sustentar a pluripotência ingênua em vitro, com saídas variáveis ​​(revisado por Collier e Rugg-Gunn, 2018). A confusão em relação à atividade do cromossomo X nessas diferentes configurações surgiu da avaliação parcial de XCI e do uso de critérios inadequados (ou seja, XIST expressão). Além disso, algumas condições de cultura são bem-sucedidas em induzir várias características de pluripotência ingênua, mas não em redefinir o status do cromossomo X, sugerindo que XCR é um evento tardio no processo (Sahakyan et al., 2017b). Há, portanto, uma conexão íntima entre XCI e pluripotência ingênua: a avaliação da atividade do cromossomo X é uma ferramenta poderosa para definir células "verdadeiramente" ingênuas e, inversamente, PSC ingênuo são instrumentais para estudar os estágios iniciais de XCI. Até agora, duas formulações de cultura principais referidas como 5iLA (Theunissen et al., 2016, 2014) e t2iLGö (Takashima et al., 2014) são compatíveis com um status pré-XCI (Guo et al., 2017 Sahakyan et al. , 2017b Vallot et al., 2017), conforme definido pela expressão bialélica de genes ligados ao X. O acúmulo de XIST em cromossomos X ativos é outra marca do status pré-XCI, com o padrão de XIST a acumulação nessas células sendo qualitativamente semelhante à dos embriões iniciais e mais difusa em comparação com as células pós-XCI (Fig. 2 Sahakyan et al., 2017b Vallot et al., 2017). No entanto, a verdadeira equivalência de hESCs ingênuos para na Vivo estágios de pré-implantação é questionável, notadamente como XIST é expresso principalmente a partir de apenas um, e raramente de dois cromossomos X (Sahakyan et al., 2017b Vallot et al., 2017). Além disso, resultados conflitantes foram obtidos em relação a outras marcas de XCI, notavelmente H3K27me3. Embora H3K27me3 tenha sido encontrado para ser enriquecido em cromossomos X ativos decorados por XIST em alguns estudos (Sahakyan et al., 2017b), outros revelaram uma falta de acúmulo de marcas de heterocromatina (H3K27me3 e H3K9me3) em XIST-expressando Xa em células virgens (Vallot et al., 2017), semelhante a embriões (Okamoto et al., 2011). Portanto, uma análise mais aprofundada é necessária para avaliar totalmente a paisagem da cromatina de XIST-cromossomos X ativos revestidos em humanos.

O fato de que hESCs ingênuos capturam, até certo ponto, o status pré-XCI oferece, em teoria, uma oportunidade única de avaliar a iniciação de XCI humana, que até agora permaneceu indefinida. Uma transição direta de Xa XIST + Xa XIST− para Xi XIST + Xa XIST− foi relatada (Guo et al., 2017), enquanto outro estudo descreveu um estágio intermediário de Xa XIST− Xa XIST− (Sahakyan et al., 2017b), que é análogo à observação inicial de Xa XIST− Xa XIST− hESCs. Resta determinar se este último existe em embriões em desenvolvimento. Além disso, a diferenciação de células naïve obtidas a partir de células pós-XCI resulta em XCI enviesado, com o Xi original sempre inativado (Sahakyan et al., 2017b). Isso indica que uma memória do estado de inativação anterior foi deixada, novamente questionando a verdadeira ingenuidade dessas células. Este problema pode não se aplicar a hESCs ingênuos derivados de blastocisto, que são essencialmente privados de memória XCI e nos quais Xa XIST + Xa XIST + pode ser estabilizado de forma mais eficiente (Sahakyan et al., 2017b).

O que podemos aprender com hESCs preparados?

Embora um modelo celular que imita com segurança o estabelecimento de XCI ainda esteja faltando, hESCs preparados, nos quais XCI já ocorreu, podem ainda ser informativos para entender os estágios iniciais de XCI. Várias evidências sugerem que o status pós-XCI de hESCs preparados é distinto daquele de células diferenciadas. A característica mais óbvia é a instabilidade do estado inativo em hESCs preparados, com várias marcas de XCI sendo espontaneamente perdidas em passagens, um fenômeno que nunca foi relatado em qualquer outra célula diferenciada em cultura, potencialmente com exceção de algumas, mas não todas, células cancerosas (Bar et al., 2019 Chaligné et al., 2015). Esta erosão de XCI é caracterizada pelo desaparecimento de XIST expressão e reativação parcial do Xi (Fig. 2 Mekhoubad et al., 2012 Vallot et al., 2015). O cromossomo X que sofreu erosão é conhecido como X erodido (Xe, consulte o Glossário, Quadro 1). Parece que nem todos os genes são igualmente suscetíveis à erosão XCI e, na ausência de XIST, o silenciamento de genes pode ser mantido de forma mais eficiente em algumas regiões em comparação com outras (Bar et al., 2019 Patel et al., 2017 Vallot et al., 2015). O padrão que emerge de análises independentes é o de um domínio central flanqueando o centrômero sendo resistente à erosão XCI, enquanto as partes intermediárias de ambos os braços cromossômicos curtos e longos são mais propensas à instabilidade XCI (Bar et al., 2019 Patel et al. , 2017 Vallot et al., 2015). A razão para isso não é clara, mas pode estar ligada à organização da cromatina Xi em territórios distintos. De fato, há uma correlação entre a suscetibilidade à erosão e o padrão de marcas de histonas, com regiões normalmente enriquecidas em H3K27me3 sendo preferencialmente reativadas sobre regiões marcadas com H3K9me3 (Vallot et al., 2015). Isso provavelmente está ligado ao fato de que H3K27me3 é dependente de XIST e perdido do Xi em células erodidas, enquanto H3K9me3 é mantido (Vallot et al., 2015). Além disso, a erosão de XCI é caracterizada pela desmetilação parcial do promotor CpG (Nazor et al., 2012 Patel et al., 2017 Shen et al., 2008). Digno de nota, o grau de instabilidade XCI pode depender das condições de cultura (observações pessoais, J-F.O. E C.R.). Em resumo, embora a erosão XCI seja um artefato de cultura aparentemente sem equivalência e / ou relevância no desenvolvimento normal (Bar et al., 2019), provavelmente reflete características Xi peculiares e específicas do estágio. De acordo com essa hipótese, a organização da cromatina do Xi foi encontrada para distinguir células pluripotentes de células diferenciadas (Vallot et al., 2015, 2016). Em hESCs pós-XCI, as marcas de cromatina H3K9me3 e H3K27me3 são mutuamente exclusivas e anticorrelacionadas (Vallot et al., 2015). Curiosamente, essa organização bimodal do Xi também é observada em células imortalizadas nos cromossomos metáfase (Chadwick e Willard, 2004) e interfase (Chadwick, 2007 Nozawa et al., 2013 Vallot et al., 2016). Em contraste, há uma sobreposição significativa de H3K9me3 e H3K27me3 em células diferenciadas primárias (Vallot et al., 2015), aumentando assim a estabilidade de XCI de maneira sinérgica. Isso está de acordo com estudos anteriores que mostraram a redundância das múltiplas camadas de modificações epigenéticas que garantem a manutenção estável da XCI (Csankovszki et al., 2001).

Mesmo que um impacto potencial da cultura de células na remodelação da paisagem epigenômica do cromossomo X não possa ser excluído, essas observações podem refletir um estabelecimento de várias etapas da paisagem da cromatina Xi. Estudos futuros também devem abordar a presença de marcas de histonas adicionais e variantes que normalmente são enriquecidas no Xi, como H4K20me1, H2AK119Ub e macroH2A.


Referências

Parisi M, Nuttall R, Naiman D, Bouffard G, Malley J, Andrew J, Eastman S, Oliver B: Escassez de genes no Drosófila Cromossomo X mostrando expressão com tendência masculina. Ciência. 2003, 299: 697-700. 10.1126 / science.1079190.

Sturgill D, Zhang Y, Parisi M, Oliver B: desmasculinização dos cromossomos X no Drosófila gênero. Natureza. 2007, 450: 238-242. 10.1038 / nature06330.

Huynh KD, Lee JT: inativação do cromossomo X: uma hipótese que liga a ontogenia e a filogenia. Nat Rev Genet. 2005, 6: 410-418. 10.1038 / nrg1604.

Emerson JJ, Kaesmann H, Betran E, Long M: Extensive gene traffic no cromossomo X humano. Ciência. 2004, 303: 537-540. 10.1126 / science.1090042.

Zhang Y, Vibranovski MD, Landback P, Marais GAB, Long M: Chromosomal redistribution of male-biased genes in mammalian evolution with two bursts of gene gain on the X chromosome. PLoS Biol. 2010, 8: e1000494-10.1371/journal.pbio.1000494.

Mikhaylova ML, Nurminsky DI: Lack of global meiotic sex chromosome inactivation, and paucity of tissue-specific gene expression on the Drosófila X chromosome. BMC Biol. 2011, 9: 29-10.1186/1741-7007-9-29.

Wu C-I, Xu E-Y: Sexual antagonism and X inactivation - the SAXI hypothesis. Trends Genet. 2003, 5: 243-247.

McKee BD, Handel MA: Sex chromosomes, recombination and chromatin conformation. Chromosoma. 1993, 102: 71-80. 10.1007/BF00356023.

Rice WR: Sex chromosome and the evolution of sexual dimorphism. Evolução. 1984, 38: 735-742. 10.2307/2408385.

Lu X, Shapiro JA, Ting C-T, Li Y, Li C, Xu J, Huang H, Cheng Y-J, Greenberg AJ, Li S-H, Wu M, Shen Y, Wu C-I: Genome-wide misexpression of X-linked vs. autosomal genes associated with hybrid male sterility. Genome Res. 2010, 20: 1097-1102. 10.1101/gr.076620.108.

Vicoso B, Charlesworth B: Evolution on the X chromosome: unusual patterns and processes. Nat Rev Genet. 2006, 7: 645-653. 10.1038/nrg1914.


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