2014年1月8日

彩色编码单元揭示X染色体沉默的斑块模式在雌性大脑中

Johns Hopkins研究人员在雌性小鼠中产生鲜艳的斑点红色和绿色快照，在雌性小鼠中具有彩色编码的细胞，以显示它们的两个X染色体中的哪一个被非活动，或“沉默”。

科学家长期以来，众所周知，在每种细胞中沉默于女性中的X染色体 - 谁在每种细胞中有两个X染色体 - 是正常发生的，其后果可能是显着的，特别是如果一个X染色体携带基因的正常拷贝和其他X染色体带有一个突变的副本。

通过基因标记不同的X染色体，具有编码红色或绿色荧光蛋白的基因，科学家认为他们现在可以对不同的组织类型同行，以在新的细节水平和各个女性之间分析遗传多样性。

于1月8日发布神经元，研究的概述显示了各级所谓的X染色体灭活模式的宽范围变化：在组织内，在居住的组织（如大脑）的左侧或右侧之间，在不同的组织类型之间配对的器官（如眼睛）和个人之间。

“只有女性的Calico Cats有斑驳的外套颜色。他们有两种不同版本的涂层颜色基因，它位于X染色体上：来自他们父亲的母亲和另一个版本，”Jeremy解释道Nathans, M.D., Ph.D., professor of molecular biology and genetics at the Johns Hopkins University and a Howard Hughes Medical Institute investigator. "Their fur is orange or black depending on which X chromosome is silenced in a particular patch of skin cells. X chromosome inactivation actually occurs in all cells in female mammals, including humans, and it affects most of the genes on the X chromosome. Although this phenomenon has been known for over 50 years, it couldn't be clearly visualized in internal organs and tissues until now."

Nathans补充说，早期在大多数哺乳动物的发展中，当雌性胚胎只有约1,000个细胞时，每个细胞都使“决定”失活，使两个X染色体中的一种沉默的过程中的一种过程。选择X染色体灭活的选择似乎是随机的，但当那些细胞分裂时，他们的后代会保持初步决定。

在新的研究中，约翰霍普金斯团队交配女性小鼠携带两种基因的绿色荧光蛋白副本 - 一个在两个x中的每一个染色体- 雄性小鼠，其单一X染色体携带用于红色荧光蛋白的基因。来自该交配的雌性后代具有基于哪个X染色体沉默的红色或绿色的细胞。此外，该团队工程化了小鼠，使得并非所有的细胞都是颜色编码的，因为这将使它难以区分一个细胞。相反，它们设计了一个系统，允许每只鼠标中的单个单元格类型，例如心肌细胞，要进行颜色编码。他们的遗传伎俩导致红色和绿色贴图，具有它们检查的每个细胞和组织类型的独特模式。

Nathans解释说，这些模式由每个组织的发展方式确定。一些组织是从早期胚胎中的非常少数的“创始细胞”产生的;其他人是从大量创建的。统计上，创始细胞组越大，机会越大，具有几乎等同数量的红色和绿细胞。尽管在组织生长时大致保存了成立组的比例，但是这些细胞的分布由组织的开发过程中发生了多少。例如，在类似血液的组织中，在细胞移动很多的情况下，红色和绿色细胞是细微的混合。相比之下，在皮肤上，细胞显示出很小的运动，每种皮肤斑块都由单个细胞的后代组成，其共用相同的无活性X染色体 - 因此相同的颜色创造红色和绿色的粗糙拼接。

通常，X染色体灭活的模式不容易可视化。Nathans表示，这种颜色编码技术可能对许多研究可能是有价值的，特别是对于对X染色体DNA序列的变化引起的变化的研究，称为X染色体的变化。X链接的遗传变异，例如血友病或色盲，部分是因为X染色体携带许多基因 - 约1,000，或接近总量的4％。

继承X-Linked疾病的男性通常遭受其影响，因为它们没有第二X染色体来补偿基因的突变版本。另一方面，女性亲属更典型的是X-联系疾病的“载体”。他们有能力将疾病传递给他们的男性后代，但由于基因的正常拷贝对其第二X染色体上的正常拷贝，它们本身不会受到影响。

然而，在某些载体雌性的组织中，具有突变的基因沉默X染色体的细胞不能补偿细胞中的缺陷，该细胞在具有正常基因的致密X染色体的细胞中。当他们检查诺里疾病基因中的突变中的小鼠的视网膜时，纳撒斯和他的团队看到了这种模式。Norrie疾病基因代码用于蛋白质，诺林，其控制视网膜中的血管形成。作为诺里病的载体的妇女可以在他们的视网膜中具有缺陷，但有些女性受到别人的影响更大，有时一只眼睛比同一个人的对方受到更大的影响。

团队发现了女性小鼠这是Norrie疾病载体，血管结构的变化对应于X染色体灭活的局部变化。当携带Norrie疾病基因正常拷贝的X染色体沉默于一组中时细胞，附近的血管未能形成正确。相比之下，当携带Norrie疾病基因的突变拷贝的X染色体沉默时，附近的血管正常发育。