探索人类和牛类早期胚胎中X染色体上XIST的沉默和抑制因子

研究背景

X染色体失活是哺乳动物中的一种剂量补偿机制，其目的是在雌性和雄性个体之间平衡X染色体上基因的表达量。XIST基因位点能够触发附加X染色体的转录沉默，使其成为不活动的X。然而，如何保护每个细胞中一个活动X染色体免受自身XIST基因位点失活的影响，在所有哺乳动物中仍未完全阐明。先前有关常染色体重复的研究表明，在人类染色体19短臂上可能存在抑制活动X上XIST的基因。

为了验证这一假设，研究者们分析了使用单细胞RNA测序数据得出的人类胚胎和牛胚胎中的候选基因的转录时间。研究结果确认了在两性胚胎中XIST是从未来活动X表达，且在多能性因子上调期间，即人和牛胚胎的4-8个细胞和团球期间，在两性胚胎中的XIST位点都被抑制。这些数据支持DNMT1、UHRF1、SAFB和SAFB2在XIST抑制中的作用，并排除了XACT和其他19p候选基因，为一些在人类或牛类早期胚胎中从未测序过的基因提供了转录时间。

研究来源

该研究由Melis A. Aksit、Bo Yu、Bernard A. J. Roelen和Barbara R. Migeon共同完成，隶属于Johns Hopkins University、Utrecht University等机构。研究成果发表于《欧洲人类遗传学杂志》(European Journal of Human Genetics) 2022年版。

研究流程

研究团队采用了以下步骤来探究活动X染色体XIST沉默的机制： a) 研究对象包含不同发育时期的人类和牛类早期胚胎。 b) 进行单细胞RNA测序数据分析，以及对牛胚胎的定量RT-PCR (qRT-PCR) 分析。 c) 通过分析XIST表达模式及多能性因子(NANOG、POU5F1和SOX2)的表达，探索XIST抑制时期。 d) 采用实验室内体外发育的牛胚胎样本，并利用X或Y分类精子进行授精，获得性别特异的胚胎分析材料。

研究结果

研究发现了几个可能参与XIST抑制的候选基因，包括DNMT1、UHRF1、SAFB/SAFB2、HNRNPM和UBL5。其中DNMT1和UHRF1是候选基因中最早以及最高水平表达的，猜想其可能是重要的XIST抑制因子。此外，研究还通过牛胚胎验证了与人类胚胎类似的XIST表达模式，增强了这些基因作为关键XIST抑制因子的说服力。

研究结论

研究表明，DNMT1、UHRF1、SAFB和SAFB2等候选基因可能共同作用于胚胎发育初期，即4-8细胞和团球期，初始多能性激活期间抑制未来活动X上的XIST。这一结果为未来候选基因的功能验证、哺乳类X染色体失活机制的进一步研究以及可能的医学应用提供了重要线索。

研究亮点

本研究发掘了使未来的活动X染色体上的XIST基因沉默的机制，这有助于解释X染色体上的XIST如何在个体间平衡表达。同时，此研究开启了一个全新的理论视角，即通过胚胎发育初期在X染色体选择性活化或沉默中的关键调控因子，进而为治疗性染色体异常提供了潜在的治疗方法。