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Nature子刊:單細胞轉(zhuǎn)錄組測序證實Xist RNA是早期胚胎發(fā)育的關(guān)鍵決定因素

日期:2017-02-05 09:04:06

 X染色體失活(XCI)是指雌性哺乳類細胞中,兩條X染色體的其中之一失去活性的現(xiàn)象,過程中X染色體會被包裝成異染色質(zhì),進而因功能受抑制而沉默化。Xist RNA是能引發(fā)X染色體沉默的長片段ncRNA,盡管XistXCI是必要的,但其對胚胎植入前的印記XCI的精確作用尚存爭議。近日,安諾優(yōu)達與法國居里所的研究人員對其進行完整探索發(fā)現(xiàn):X染色體失活完全由Xist唯一決定,其劑量補償失敗對植入后胚胎有致命性影響。成果發(fā)表在國際頂級期刊《Nature Structure & Molecular Biology》。

 

在哺乳動物中,雄性(XY)和雌性(XX)的性染色體結(jié)構(gòu)的差異會導(dǎo)致劑量補償策略的演變,其中包括在雌性中發(fā)生的X染色體轉(zhuǎn)錄沉默。Xist僅在父本的等位基因介導(dǎo)的父本X染色體(paternal X Xp)失活。在小鼠中,X染色體失活(XCI)首次出現(xiàn)于胚胎植入前階段,根據(jù)報道:Xp 基因的沉默與 Xist 缺失有關(guān)。但是前期的研究都是僅對于幾個基因的分析。

 

法國居里研究所團隊的Maud Borensztein等人利用單細胞轉(zhuǎn)錄組測序(scRNA-seq)技術(shù),在小鼠早期胚胎的不同階段,對完全依賴于Xist介導(dǎo)的印記XCI進行了完整探索。

 

研究者用scRNA-seq繪制了XpXm染色體的動態(tài)表達圖譜。材料來自兩個品系正反交的小鼠F1代胚胎——從2細胞到囊胚期,其中24,499個參考的小鼠基因,其中15,581個基因至少在一個發(fā)育階段被檢測到表達,包含580X染色體基因,最終確認了125個高表達基因。

 

研究者首先探索了早期胚胎的印記XCI的基因沉默程度和影響因素,結(jié)果顯示XCI的基因沉默程度主要影響因素來自其父本和母本的雜交種類,其次是性別,而且性別的差異在32細胞和囊胚期最小,推測原因就來自于XCI引起的劑量補償。

 

接下來,研究人員探索了XCI發(fā)生的時機,發(fā)現(xiàn)在8細胞時期X連鎖基因表現(xiàn)為明顯的母系偏移,直到囊胚期,這種現(xiàn)象越發(fā)明顯,表明XCI在此時期進行的非常徹底。研究發(fā)現(xiàn):“早期和中期比晚期沉默的基因更傾向于位置上靠近失活中心;這些發(fā)現(xiàn)表明在XCI印記期間,Xist RNA扮演重要的早期啟動基因的角色。表明XCI的啟動由Xist唯一決定。”

 

為了探究XCI是否在Xist不表達的情況下還存在,研究者構(gòu)建了父系Xist敲除(XistpatΔ)模型:“正如預(yù)期的,明顯的劑量補償缺失出現(xiàn)在突變體中,在XistpatΔ胚胎中,伴X染色體基因保持明顯的雙等位表達;直到囊胚期,XCI非常徹底地發(fā)生在野生型雌性中”。在XistpatΔ雌性囊胚中許多下調(diào)的基因與外胚組織的通路,胚胎生長和細胞活性是有聯(lián)系的。

 

Maud表示:“XistpatΔ導(dǎo)致的XCI,使幾個多潛能基因的過表達和Rhox5大量的過表達,最終阻礙了外胚的發(fā)展。”

 

安諾基因作為本次研究的核心技術(shù)——scRNA-seq提供者,其數(shù)據(jù)結(jié)果在文章中經(jīng)過綜合分析被證實是準確的。

 

綜合來看,此研究證實啟動印記的X染色體失活完全需要Xist的調(diào)控,其劑量補償失敗對植入后胚胎有致命性影響,揭示了早期胚胎發(fā)育中基因組和表觀的變化是以X染色體的轉(zhuǎn)錄沉默為基礎(chǔ)。

 

安諾基因掌握了國內(nèi)唯一的最領(lǐng)先最全面的單細胞測序技術(shù),從基因組、轉(zhuǎn)錄組到表觀組的三大組學(xué)包含四項高端技術(shù)(單細胞基因組、單細胞轉(zhuǎn)錄組、單細胞G&T-seq、單細胞甲基化),將竭誠協(xié)助您邁向生命科學(xué)精準研究的最前列。

 

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