12.19: Деактивация X-хромосомы

Х-хромосома человека содержит в десять раз больше генов, чем Y-хромосома. Поскольку у мужчин только одна Х-хромосома, а у женщин две, можно ожидать, что женщины будут производить в два раза больше белков, что приведет к нежелательным результатам.

Вместо этого, чтобы избежать этой потенциальной проблемы, женские клетки млекопитающих деактивируют почти все гены в одной из своих Х-хромосом на раннем этапе эмбрионального развития. В ядерной оболочке, окружающей ядро ​​клетки, деактивированная Х-хромосома конденсируется в небольшой плотный шар, называемый тельцом Барра. В этом состоянии большинство ген, сцепленных с Х, недоступны для транскрипции.

У плацентарных млекопитающих деактивированная Х-хромосома - материнская или отцовская - определяется случайным образом (однако сумчатые животные предпочтительно деактивируют отцовскую Х-хромосому). Деактивация X в одной клетке также не зависит от инактивации X в других клетках. Таким образом, около половины эмбриональных клеток деактивируют материнскую X-копию; оставшаяся половина инактивирует отцовскую копию, создавая мозаику. Когда эти клетки реплицируются, они производят клетки с той же деактивированной Х-хромосомой. Примечательно, что тельца Барра реактивируются в клетках яичников, которые становятся яйцами.

Дактивация X является причиной появления черепаховых и ситцевых кошек. Эти кошки гетерозиготны по гену с аллелями черного и оранжевого меха, расположенным на Х-хромосоме. Их пятнистая шерсть является результатом случайной деактивации аллелей черного и оранжевого меха в группах клеток (у ситцевых кошек также есть пятна белого меха, вызванные другой хромосомой). Хотя существуют самцы черепаховых и ситцевых кошек, у них есть дополнительная Х-хромосома, и они, как правило, бесплодны.

Деактивация X снижает тяжесть состояний, вызванных дополнительными X-хромосомами. Мужчины с синдромом Клайнфельтера формируют тела Барра, чтобы деактивировать свою дополнительную Х-хромосому. Женщины с синдромом Triple X образуют дополнительные тела Барра для своей избыточной X-хромосомы или хромосом.

В организмах, которые имеют несколько копий одной и той же хромосомы, как и у женщин, у которых две хромосомы X, должен произойти процесс генетической компенсации во время раннего развития. Инактивация Х-хромосомы или XCI, это процесс, в котором одна из хромосом в клетке случайным образом отключается, чтобы предотвратить чрезмерное выражение одних и тех же генов. Неактивированная хромосома конденсируется в компактную структуру, тело Барра, недоступную для транскрипции.

Возле середины каждой Х-хромосомы есть регион, называемый центр инактивации Х, который содержит две взаимодополняющие последовательности для некодирующей РНК, называемой XIST и TSIX, наряду с другими регуляторными последовательностями. XCI инициируется активаторами, которые продвигают XIST транскрипцию на хромосоме, которая будет деактивирована. Полученные молекулы РНК покрывают хромосому XIST, ту, из которой они производятся.

За этим шагом следует сложный набор событий, который включает в себя рекрутирование белковых партнёров, изменение формы ДНК, и производство тела Барра. TSIX расшифрован в противоположном направление к XIST из активной хромосомы, и действует для подавления активности XIST путём дополнительной привязки. Инактивированная хромосома в виде тела Барра очень стабильна в течение жизни организма, и передаётся во время каждого деления митотической клетки.

Например, самки кошки Калико получают их черепаховый окрас и паттерн из-за того, что один из их генов, кодирующий цвет меха, имеет X-связь и случайным образом звук отключён в клетках различных областей их тела.