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12.15: X-Aktivierung
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X-Inactivation
 
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12.15: X-Inactivation

12.15: X-Aktivierung

The human X chromosome contains over ten times the number of genes as in the Y chromosome. Since males have only one X chromosome, and females have two, one might expect females to produce twice as many of the proteins, with undesirable results.

Instead, in order to avoid this potential issue, female mammalian cells inactivate nearly all the genes in one of their X chromosomes during early embryonic development. In the nuclear envelope surrounding the cell nucleus, the inactivated X chromosome condenses into a small, dense ball called a Barr body. In this state, most of the X-linked genes are not accessible to transcription.

In placental mammals, the inactivated X chromosome—maternal or paternal⁠—is randomly determined (marsupials, however, preferentially inactivate the paternal X chromosome). X inactivation in one cell is also independent of X inactivation in other cells. Thus, about half the embryonic cells inactivate the maternal X copy; the remaining half inactivate the paternal copy, producing a mosaic. When these cells replicate, they produce cells with the same X chromosome inactivated. Notably, Barr bodies get reactivated in cells within the ovaries that become eggs.

X inactivation accounts for the appearance of female tortoiseshell and calico cats. These cats are heterozygous for a gene with alleles for black fur and orange fur located on the X chromosome. Their mottled coats result from random inactivation of the black and orange fur alleles in groups of cells (calico cats also have white fur patches that are caused by a different chromosome). While male tortoiseshell and calico cats exist, they have an extra X chromosome and are generally infertile.

X inactivation reduces the severity of conditions caused by extra X chromosomes. Males with Klinefelter syndrome form Barr bodies to inactivate their extra X chromosome. Females with Triple X syndrome form additional Barr bodies for their excess X chromosome or chromosomes.

Das menschliche X-Chromosom enthält mehr als zehnmal so viele Gene wie das Y-Chromosom. Da Männer nur ein X-Chromosom haben und Frauen zwei, könnte man erwarten, dass Frauen doppelt so viele Proteine mit unerwünschten Ergebnissen produzieren.

Um dieses potenzielle Problem zu meiden, deaktivieren weibliche Säugetierzellen während der frühen Embryonalentwicklung fast alle Gene in einem ihrer X-Chromosomen. In der Kernhülle, welche den Nucleus der Zelle umgibt, verdichtet sich das inaktivierte X-Chromosom zu einem kleinen, dichten Ball. Diesen bezeichnet man als Barr-Körper. In diesem Zustand sind die meisten der X-chromosomalen Gene für die Transkription nicht zugänglich.

Bei plazentaren Säugetieren wird das inaktivierte X-Chromosom mütterlicher oder väterlicherseits zufällig bestimmt (Beuteltiere hingegen inaktivieren bevorzugt das väterliche X-Chromosom). Die X-Inaktivierung in einer Zelle ist auch unabhängig von der X-Inaktivierung in anderen Zellen. So inaktiviert etwa die Hälfte der embryonalen Zellen die mütterliche X-Kopie. Die andere Hälfte inaktiviert die väterliche Kopie. Dadurch entsteht ein Mosaik. Wenn sich diese Zellen replizieren, produzieren sie Zellen mit demselben inaktivierten X-Chromosom. Insbesondere werden Barr-Körper in Zellen innerhalb der Eierstöcke reaktiviert, die zu Eizellen werden.

Die Deaktivierung von X erklärt das Auftreten von weiblichen Schildpatt -und Kattunkatzen. Diese Katzen sind heterozygot für ein Gen mit Allelen für schwarzes und orangefarbenes Fell, die sich auf dem X-Chromosom befinden. Ihr geflecktes Fell resultiert aus der zufälligen Inaktivierung der Allele für schwarzes und orangefarbenes Fell in Zellgruppen (Kattunkatzen haben auch weiße Fellflecken, die durch ein anderes Chromosom verursacht werden). Es gibt zwar männliche Schildpatt -und Kattunkatzen, doch sie haben ein zusätzliches X-Chromosom und sind im Allgemeinen unfruchtbar.

Die Inaktivierung

X reduziert die Schwere der durch zusätzliche X-Chromosomen verursachten Erkrankungen. Männer mit dem Klinefelter-Syndrom bilden Barr-Körper, um ihr zusätzliches X-Chromosom zu inaktivieren. Frauen mit Triple-X-Syndrom bilden zusätzliche Barr-Körper für ihr überschüssiges X-Chromosom oder ihre überschüssigen X-Chromosomen.


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