Неслучайная инактивация х хромосомы что это

Неслучайная инактивация Х-хромосомы

Исследование неравновесной (неслучайной) инактивации Х-хромосомы

Исследование неслучайной инактивации Х-хромосомы – это метод генетической диагностики, при помощи которого исследуют состояние активной (функционирующей) Х-хромосомы клеток женского организма.

Что включает в себя исследование неслучайной инактивации Х-хромосомы

Каждая из клеток женского организма в своем хромосомном наборе содержит две Х-хромосомы. Одна из них пребывает в активном состоянии, а вторая неактивна. Благодаря этому ликвидируется избыток генетического материала, который мог бы стать причиной разных генных мутаций и гибели женского организма. Такой феномен естественной дезактивации одной из половых хромосом происходит еще внутриутробно. Как только формируется хромосомный набор эмбриона и в нем оказывается две полноценные Х-хромосомы, что определяет женский пол, одна из половых хромосом спонтанно становится неактивной, утрачивая свою структуру и функции. Этот закономерный процесс называется случайной инактивацией Х-хромосомы.

На протяжении жизни женщины, размножающиеся клетки передают активированную и инактивированную хромосому дочерним клеткам. Если активная хромосома сохраняет свою структуру, женский организм идеально функционирует. Но в тех случаях, когда эта Х-хромосома становится жертвой небольших мутаций (как правило, это делеции – отрыв фрагментов), включается специальный ген XIST. Он запускает неслучайную инактивацию измененной активной хромосомы. При этом она утрачивает часть своих функций. В первую очередь, страдает возможность полноценно кодировать информацию в отношении детородных функций женского организма.

Важно помнить! Анализ неравновесной инактивации Х-хромосомы – это не что иное, как определение состояния единственной функционирующей женской половой хромосомы. Обнаружение ее структурных изменений является свидетельством частичной утраты функций, что не может не сказаться на функциональных возможностях женского организма!

Для чего проводится анализ неравновесной инактивации

Исследуя структуру Х-хромосом женщины на предмет обнаружения неравновесной инактивации, можно сделать вывод о причинах женского бесплодия или нарушений менструально-овуляторной деятельности. Целесообразность приводить подобное исследование возникает при:

Как правильно оценить результаты

Оценкой результатов анализа должен заниматься исключительно знающий специалист. В заключении указывается обнаружена или не обнаружена неслучайная Х-хромосомная инактивация. Если она имеет место, это говорит, что проблема бесплодия или другие нарушения женской половой сферы вызваны поломками на генном уровне.

Источник

Исследование неравновесной (неслучайной) инактивации Х-хромосомы

Описание

Исследование неравновесной (неслучайной) инактивации Х-хромосомы — позволяет выяснить состояние половой хромосомы женщины. Наличие каких-либо изменений говорит о том, что функционирование женского организма может быть нарушено.

Все клетки женщины имеют в своем хромосомном составе две Х-хромосомы. Одна из хромосом инактивируется еще внутриутробно. За счет этого, организм покидает генетический материал, провоцирующий возникновение различных мутаций, в том числе которые могут привести к летальному исходу. После того, как становится известен хромосомный набор у эмбриона, и что там будут две Х-хромосомы, одна из них сразу же теряет все свои функции и свойства. Это является случайной инaктивaцией Х-хромосомы.

Нормальное функционирование женского организма происходит в том случае, когда действующая хромосома не претерпевает никаких изменений. В связи с тем, что в течение всей жизни клетки делятся, действующая и неактивная хромосома передаются дoчeрним клеткам. Когда Х-хромосома претерпевает определенные мутации, активируется ген XIST.

В этом случае, хромосома теряет часть своих способностей. Особенно негативным образом данная мутация влияет на возможность женщины забеременеть.

Для того, чтобы узнать, как функционирует Х-хромосома, необходимо пройти анализ на неравновесную инактивацию Х-хромосомы. В результате данного анализа можно будет понять состояние женской хромосомы, а также сделать вывод о ее влиянии на весь организм.

Показания

Анализ на неравновесную инактивацию Х-хромосомы дает возможность понять причину отсутствия беременности, а также найти причину нерегулярных месячных или отсутствия овуляции. Поэтому, врачи назначают его в следующих случаях:

Подготовка

Генетическое обследование не требует специальной подготовки. Перед диагностикой не рекомендуют подвергать себя стрессовым ситуациям, принимать спиртные напитки и курить. Рацион и прием лекарственных препаратов не влияет на результативность анализа.

Интерпретация результатов
Для интерпретации результатов генетического тестирования требуется консультация врача-генетика.

Источник

Неслучайная инактивация х хромосомы что это

Анеуплоидия по Х-хромосоме — одна из наиболее частых онтогенетических аномалий. Относительная устойчивость кариотипа человека к хромосомным аномалиям Х-хромосомы может объясняться инактивацией Х-хромосомы, процессом, эпигенетически подавляющим большинство генов в одной из двух Х-хромосом у женщин, не давая им производить какие-либо продукты. Здесь мы обсудим хромосомный и молекулярный механизмы инактивации Х-хромосомы.

Инактивация Х-хромосомы. Теория инактивации Х-хромосомы гласит, что в соматических клетках здоровых женщин (но не у мужчин) одна Х-хромосома инактивируется в начале эмбрионального развития, уравнивая таким образом экспрессию генов этой хромосомы у двух полов. В нормальных женских клетках выбор инактивируемой Х-хромосомы произволен, а затем поддерживается в каждом клоне клетки.

Таким образом, женщины мозаичны по экспрессии Х-сцепленных генов; некоторые клетки экспрессируют аллели, унаследованные от отца, другие клетки — от матери. Этот образец экспрессии генов отличает большинство Х-сцепленных генов от импринтируемых генов (также экспрессирующих только один аллель, но определяемых родительским началом не случайно), а также от большинства аутосомных генов, экспрессирующих оба аллеля.

Хотя неактивная Х-хромосома сначала была обнаружена цитологически по присутствию гетерохроматиновой массы (названной тельцем Барра) в интерфазных клетках, существует много эпигенетических характеристик, различающих активные и неактивные Х-хромосомы. Проливая свет на механизмы Х-инактивации, эти особенности могут быть диагностически значимыми для установления неактивной Х-хромосомы в клиническом материале.

Хромосомные характеристики Х-инактивации:
— Инактивация большинства генов, расположенных на неактивной Х-хромосоме
— Произвольный выбор одной из двух Х-хромосом в женских клетках

— Неактивная Х-хромосома:
а) гетерохроматиновая (тельце Барра)
б) поздно реплицируется в S фазе
в) экспрессирует XIST-PHK
г) связана с модификациями гистона macroH2A в хроматине

Для уравновешивания экспрессии Х-хромосомы у самок и самцов используются различные способы компенсации дозы гена.

Область промотора многих генов в неактивной Х-хромосоме существенно модифицируется присоединением метильной группы к цитозину при действии фермента ДНК-метилтрансферазы. Как уже упоминалось в контексте геномного импринтинга в главе 5, такое метилирование ДНК связано с CpG динуклеотидами и приводит к неактивному состоянию хроматина. Дополнительные различия между активными и неактивными Х-хромосомами связаны с гистоновым кодом и оказались существенной частью механизма Х-инактивации.

Например, содержание варианта гистона macroH2A очень возрастает в неактивном хроматине Х-хромосом и позволяет различить две хромосомы в женских клетках.

У пациентов с дополнительными Х-хромосомами все Х-хромосомы, кроме одной, инактивируются. Таким образом, все диплоидные соматические клетки как у мужчин, так и у женщин, имеют единственную активную Х-хромосому, независимо от общего числа Х- или Y-хромосом.

Примечательно, что эти гены не распределены произвольно по Х-хромосоме: большинство генов, избегающих инактивации, расположены на плече Хр (до 50%), по сравнению с Xq (несколько процентов). Данный факт имеет большое значение для генетического консультирования в случаях частичной хромосомной анеуплоидии X, так как дисбаланс генов на Хр может иметь большее клиническое значение, чем дисбаланс Xq.

Инактивация Х-хромосомы включает этап стабилизации Xist РНК,
которая покрывает неактивную хромосому.

Центр Х-инактивации и ген XIST

При исследованиях структурно аномальных инактивированных Х-хромосом был картирован центр Х-инактивации в проксимальном отделе Xq, в полосе Xql3. Центр Х-инактивации содержит необычный ген XIST (англ. Xinactivate specific transcripts; специфическая транскрипция инактивированной Х-хромосомы), оказавшийся ключевым управляющим локусом Х-инактивации. Ген XIST имеет новую характеристику: он экспрессируется только в аллеле на неактивной Х-хромосоме; он отключен на активной Х-хромосоме как в мужских, так и в женских клетках.

Хотя точный способ действия гена XIST неизвестен, Х-инактивация не может происходить в его отсутствие. Продукт XIST — некодирующая белок РНК, остающаяся в ядре в тесной ассоциации с неактивной Х-хромосомой и тельцем Барра.

Неслучайная инактивация Х-хромосомы

Х-инактивация в норме происходит в женских соматических клетках случайным образом и приводит к мозаицизму по двум популяциям клеток, экспрессирующих аллели одной или другой Х-хромосомы. Тем не менее существуют исключения из этого правила, когда в кариотипе имеются структурно аномальные Х-хромосомы. Например, почти у всех пациентов с несбалансированными структурными аномалиями Х-хромосомы (включая делеции, дупликации и изохромосомы) структурно аномальная хромосома всегда неактивна, что, вероятно, отражает вторичный отбор против генетически несбалансированных клеток, которые могли бы привести к значимым клиническим аномалиям.

Из-за преимущественной инактивации аномальной Х-хромосомы такие аномалии Х-хромосомы имеют меньшее влияние на фенотип, чем аналогичные аномалии аутосом, и, следовательно, более часто обнаруживаются.

Неслучайную инактивацию наблюдают также в большинстве случаев транслокаций X на аутосому. Если такая транслокация сбалансирована, избирательно инактивируется нормальная Х-хромосома, и две части транслоцированной хромосомы остаются активными, вероятно, снова отражая отбор против клеток с неактивированными аутосомными генами. В несбалансированном потомстве сбалансированного носителя, тем не менее, присутствует только продукт транслокации, несущий центр Х-инактивации, и такая хромосома неизменно инактивируется; нормальная Х-хромосома всегда активна.

Эти неслучайные образцы инактивации имеют общий эффект снижения, хотя и не всегда устранения, клинических последствий конкретного хромосомного дефекта. Поскольку образцы Х-инактивации хорошо согласуются с клиническим результатом, определение цитогенетическим или молекулярным анализом индивидуального образца Х-инактивации показано во всех случаях транслокации X и аутосом.

Одна закономерность, иногда наблюдающаяся у сбалансированных носителей транслокаций Х-хромосомы на аутосому, проявляется тем, что сам разрыв может вызывать мутации, нарушая ген в точке транслокации. Единственная нормальная копия конкретного гена инактивируется в большинстве или всех клетках из-за неслучайной инактивации нормальной Х-хромосомы, таким образом приводя к экспрессии у женщины сцепленного с полом признака, обычно наблюдающегося только у гемизиготных мужчин.

Выявлено несколько Х-сцепленных генов, когда типичный фенотип сцепленного с полом состояния обнаруживали у женщин с доказанной транслокацией Х-хромосомы на аутосому. Главный клинический вывод из этой информации — если женщина проявляет сцепленный с полом фенотип, обнаруживаемый обычно только у мужчин, показан хромосомный анализ с высоким разрешением. Обнаружение сбалансированной транслокации может объяснить фенотипическую экспрессию и выявить вероятную позицию гена на карте Х-хромосомы.

Мозаичный эффект, связанный с Х-хромосомой, вызывается случайной инактивацией одной Х-хромосомы в каждой клетке-предшественнице.
Клетки, у которых + аллель находится на активной хромосоме, обладают диким фенотипом, но клетки,
у которых на активной хромосоме находится аллель, приобретают мутантный фенотип.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Источник

Научная электронная библиотека

Воинова В. Ю., Юров И. Ю., Ворсанова С. Г., Юров Ю. Б.,

Исследование особенностей инактивации хромосомы Х в семьях с Х-сцепленной умственной отсталостью у детей

Нами был проведен анализ особенностей инактивации хромосомы Х у 247 индивидуумов женского пола из 150 семей с Х-сцепленными формами умственной отсталости, небольшой группы женщин (6 индивидуумов) из семей со структурными аномалиями хромосомы Х и 25 женщин из 22 семей с недифференцированными формами нарушений интеллекта. В контрольной группе исследовали 80 женщин без фенотипических проявлений врожденных и наследственных нарушений, а также не имеющих близких родственников с болезнями, связанными с аномалиями хромосомы Х. Применялся молекулярно-генетический метод, основанный на метил-чувствительной рестрикции участка Х-сцепленного гена андрогенового рецептора, включающего полиморфную последовательность тринуклеотидных повторов (ЦАГ)n, число которых в норме широко варьирует, что позволяет различить два аллеля гена андрогенового рецептора у лиц женского пола. Инактивация хромосомы Х определялась как соотношение инактивированных аллелей гена андрогенового рецептора разного родительского происхождения и оценивалась как неравная, если это соотношение превышало 20:80 (рис. 29, вверху). Чтобы избежать ошибок, связанных с неполной амплификацией и рестрикцией, учитывалась интенсивность аллелей в образцах ДНК, необработанных ферментом (HpaII-) (рис. 29, внизу). На рис. 30 представлены результаты количественного ПЦР-анализа инактивации хромосомы Х при случайной (равной, рис. 30, А) и неслучайной (неравной, рис. 30, Б) Х-инактивации.

Проводилось также исследование в парах «мать-пробанд», которое позволило установить направление сдвига инактивации хромосомы Х у женщин. На рис. 31 приведен пример анализа направления сдвига инактивации хромосомы Х: у женщины было определено два фрагмента ДНК разной длины, которые соответствуют двум аллелям гена AR, а у пробанда определен один фрагмент, который соответствует унаследованному от матери аллелю данного гена. Сопоставив их длины, можно установить, что в клетках женщины преимущественно инактивирована хромосома Х, унаследованная пробандом (т.е. несущая мутацию). У части женщин (N = 37) число CAG-повторов в обоих аллелях гена андрогенного рецептора было одинаково, как и в ранее проведенных исследованиях [Юров и др., 2005 б; Plenge et al., 2002]. В случаях, когда оба аллеля гена AR имели одинаковую длину, анализ Х-инактивации невозможно было провести. С учетом этих 37 случаев общая эффективность данного метода для всех образцов ДНК в настоящем исследовании составила 89,4 %, что соответствует данным литературы [Sharp et al., 2000].

Рис. 29. Результаты анализа инактивации хромосомы Х методом определения статуса метилирования экспансии (CAG)n повторов гена AR у женщины из семьи с Х-сцепленной умственной отсталостью. По оси абсцисс на электрофореграммах указана длина фрагментов ДНК (пн), по оси ординат – интенсивность флюоресцентного сигнала в относительных единицах флюоресценции – relevant fluorescent units (RFU). Электрофореграмма HpaII+ (вверху) соответствует амплифицированным участкам ДНК, обработанной метилчувствительной рестриктазой, а HpaII– (внизу) соответствует амплифицированным участкам необработанной ДНК. Стрелками выделены амплифицированные фрагменты гена AR. Пики одного и того же уровня показывают стандарт длины последовательностей ДНК

Рис. 30. Результаты анализа инактивации хромосомы Х: А – пример случайной (60:40), Б – неслучайной (91:9) Х-инактивации. HpaII+ соответствует ДНК, обработанной метилчувствительной рестриктазой, HpaII– соответствует необработанной ДНК. Стрелками выделены амплифицированные фрагменты гена AR

Рис. 31. Анализ направления сдвига инактивации хромосомы Х у матери пробанда с XLMR. У матери преимущественно инактивирована хромосома Х, которую унаследовал больной сын, т.е. хромосома Х с мутацией Х-сцепленного гена. Стрелками выделены амплифицированные фрагменты гена AR

Обследованные семьи с Х-сцепленными моногенными заболеваниями были разделены на 2 подгруппы. В первую входили Х-сцепленные формы умственной отсталости, проявляющиеся у мальчиков-гемизигот, при которых женщины-гетерозиготы имеют либо стертые признаки болезни, либо являются асимптоматическими носительницами (синдром умственной отсталости, сцепленной с ломкой хромосомой Х, синдромы Коффина-Лоури, Симпсона-Голаби-Бемеля, Барта, Лоу, гипогидротическая эктодермальная дисплазия и др.) В данной подгруппе Х-инактивация исследовалась у матерей, сестер и некоторых других родственниц. Во вторую подгруппу вошли семьи больных с Х-сцепленными синдромами, проявляющимися преимущественно у гетерозигот с внутриутробной летальностью для мальчиков-гемизигот. В данной подгруппе Х-инактивация исследовалась у пробандов женского пола и их матерей.

Результаты анализа инактивации хромосомы Х в исследованных группах семей показаны в табл. 19. В целом при Х-сцепленных синдромах, проявляющихся у девочек-гетерозигот, сдвиг Х-инактивации наблюдался у 45 % больных, а при Х-сцепленных заболеваниях, проявляющихся у гемизигот, сдвиг Х-инактивации определён у 46 % женщин из семей больных мальчиков (в 7 раз чаще, чем в контроле – 6,5 %).

Удельный вес сдвига инактивации хромосомы Х у женщин из семей с Х-сцепленными формами умственной отсталости

Удельный вес сдвига инактивации хромосомы Х среди индивидуумов женского пола

Достоверность различий с контролем

Абсолютное
количество индивидуумов женского пола

Женщины (матери и другие родственницы) из семей с Х-сцепленными формами умственной отсталости, проявляющимися преимущественно у гемизигот, в том числе:

Источник

Научная электронная библиотека

Воинова В. Ю., Юров И. Ю., Ворсанова С. Г., Юров Ю. Б.,

Феномен инактивации хромосомы Х

Х-инактивация – эпигенетический феномен, при помощи которого достигается транскрипционное «молчание» большинства генов на одной из двух хромосом Х в соматических клетках у женщин. Эпигенетические процессы представляют собой наследуемые изменения в экспрессии генов без количественного или качественного изменения последовательности ДНК [Юров и др., 2007]. Феномен Х-инактивации впервые был описан М.Лайон в 1961 г. [Lyon, 1961].

В раннем периоде эмбрионального развития женщины в каждой ее клетке активны обе хромосомы Х. Однако затем одна из двух хромосом Х (материнского или отцовского происхождения) инактивируется, что в дальнейшем наследуется всем потомством эмбриональной клетки. Таким образом, в женском организме одновременно существуют две популяции клеток, в каждой из которых экспрессируются гены разных хромосом Х: в одних – материнского, в других – отцовского происхождения. В среднем вклад каждой родительской хромосомы должен составлять 50 %, но поскольку процесс Х-инактивации носит случайный характер, то этот вклад может значительно варьировать [Belmont, 1996].

Исследования молекулярных механизмов Х-инактивации продемонстрировали значительную роль некодирующей XIST-РНК в этом
процессе. Ген XIST (X inactivation-specific transcript) картирован на хромосоме Х в участке Xql3.3 и кодирует ядерную РНК длиной около 17 тыс. пн, транскрипция которой осуществляется исключительно с неактивной хромосомы Х [Rinčić et al., 2016]. Экспрессия XIST во время эмбрионального развития инициирует каскад событий, которые в диплоидных клетках приводят к инактивации хромосомы Х, кроме одной, остающейся активной. XIST-РНК связана с хроматином хромосомы Х и ядерным матриксом вокруг инактивируемой хромосомы Х, «покрывая» последнюю, что ведет к изменениям структуры хроматина и пространственной организации этой хромосомы [Chow, Heard, 2009]. Вопреки существовавшему ранее мнению о проявлении Х-инактивации после имплантации эмбриона человека, последними исследованиями показано, что Х-инактивация инициируется еще до имплантации. Так, на одной из двух хромосом Х у эмбриона женского пола уже на стадии 8 клеток обнаружена аккумуляция XIST–РНК, которую можно наблюдать на стадиях морулы и бластоциста [van den Berg, Laven, 2009]. Х-инактивация ведет к наличию единственной функционально активной хромосомы Х в соматических клетках у обоих полов и существованию клеточного мозаицизма по различным активным хромосомам Х у женщин.

В каждой клетке существует лишь один набор активных Х-сцепленных генов. Участки, которые являются идентичными по генному составу для обеих половых хромосом, носят название псевдоаутосомных регионов (PAR1 и PAR2) и содержат как минимум 29 генов. PAR1, размером 2,7 млн пн, расположен в терминальном участке Xp, а PAR2, размером 0,33 млн пн, расположен в терминальной части Xq. Именно в псевдоаутосомных регионах возможен кроссинговер между половыми хромосомами X и Y. Вне псевдоаутосомных регионов рекомбинация специфичных для пола аллелей подавляется, и, следовательно, участки за пределами PAR накапливают мутации (чаще всего – делеции), и постепенно утрачиваются на половой хромосоме, характерной для гетерогаметного пола, т.е. у млекопитающих и человека – на хромосоме Y. Потеря генов хромосомы Y ведет к тому, что, во-первых, большинство Х-сцепленных генов присутствует только в количестве одной копии у гетерогаметного пола (XY), что нарушает их баланс по сравнению с аутосомными генами; во-вторых, Х-сцепленные гены присутствуют в количестве двух копий у гомогаметного пола (XX), что означает неэквивалентность их дозы между двумя полами [Migeon, 2007]. Ряд исследователей предложили гипотезу о повышении уровня транскрипции генов хромосомы Х у обоих полов для поддержания баланса с аутосомными генами в процессе эволюции до появления Х-инактивации у млекопитающих [Ohno, 1967]. Некоторыми авторами [Nguyen, Disteche, 2006] определялось соотношение уровней транскрипции Х-сцепленных и аутосомных генов в клетках некоторых тканей человека. Было показано, что это соотношение близко к 1:1, что означает повышение уровня транскрипции Х-сцепленных генов. Однако механизмы последнего еще предстоит открыть. Мутации Х-сцепленных генов (рецессивные и доминантные) у мужчин, имеющих единственную хромосому Х, проявляются в виде различных заболеваний довольно часто в тяжелой форме. У женщин-гетерозигот, благодаря наличию двух Х-сцепленных аллелей, заболевания, сцепленные с хромосомой Х, протекают в относительно более легкой форме по сравнению с мужчинами [Migeon, 2007]. Наличие одной активной хромосомы Х в каждой диплоидной клетке вне зависимости от того, сколько хромосом Х в ней присутствует, влияет на тяжесть клинических проявлений при анеуплоидиях по хромосоме Х. При наличии дополнительной хромосомы Х в кариотипе, клинические проявления у индивидуумов значительно более легкие, чем при известных трисомиях по аутосомам 13, 18 и 21. Кроме того, моносомия Х во многих случаях совместима с жизнью, а моносомии по аутосомам, в основном, летальны [Ворсанова и др., 2006]. Таким образом, с помощью механизма Х-инактивации может снижаться негативный эффект дополнительной дозы большинства генов хромосомы Х при синдромах Клайнфельтера и трисомии Х, а при синдроме Шерешевского-Тернера единственной хромосомы Х в кариотипе может быть достаточно для выживания индивидуума.

Однако хромосома Х в норме инактивируется не полностью, поскольку гены ее псевдоаутосомных регионов (PAR1 и PAR2) активны на инактивированной хромосоме Х у женщин, так же как на хромосоме Y у мужчин. Принято считать, что клинические симптомы, наблюдающиеся при анеуплоидиях по хромосоме Х, являются результатом аномальной дозы псевдоаутосомных генов, количество которых при синдромах трисомии Х и Клайнфельтера избыточно, а при синдроме Шерешевского-Тернера – уменьшено [Blaschke, Rappold, 2006; Yurov et al., 2007 а; 2014]. В организме женщины существуют две популяции клеток, в одной из которых активна хромосома Х, полученная ею от матери, а в другой – хромосома Х отцовского происхождения. В каждой клетке экспрессируются гены активной хромосомы Х, и мутация в гене на активной хромосоме Х будет иметь такой же «вредный» эффект у женщины, как и у мужчины с единственной хромосомой Х. У девочек-гетерозигот по Х-сцепленным мутациям имеются две популяции клеток (с активной хромосомой Х, несущей нормальный или мутантный аллель) [Migeon, 2008].

Несмотря на то, что клеточные популяции с активными хромосомами Х отцовского и материнского происхождения являются дискретными, существует множество путей, с помощью которых клетки из одной популяции могут взаимодействовать с другой, что особенно ярко проявляется в случаях женщин-гетерозигот по Х-сцепленным мутациям. Самое частое взаимодействие между двумя клеточными популяциями с активными хромосомами Х отцовского и материнского происхождения – так называемая конкуренция клеток, когда одна популяция «пытается перерасти» другую. Х-сцепленные мутации негативно влияют на пролиферацию клеток с мутацией на активной хромосоме Х, и эти клетки, в конце концов, элиминируются. В результате возникает, так называемый, сдвиг Х-инактивации вследствие селекции клеток против тех, в которых активна хромосома Х, несущая мутацию. Случаи сдвига Х-инактивации – это те случаи, где соотношение двух клеточных популяций значимо отклоняется от ожидаемого соотношения 1:1. Выявление сдвига Х-инактивации является мощным средством обнаружения Х-сцепленных мутаций, которые нарушают пролиферацию клеток [Migeon, 2007]. Среди ярких примеров иллюстрации конкуренции между двумя популяциями клеток можно выделить синдром недержания пигмента (Incontinentia pigmenti, IP), который является Х-сцепленной болезнью, связанной с мутациями гена IKBKG, кодирующего белок-модулятор нуклеарного фактора kappaB, дефицит которого ведет к усилению апоптоза. Клетки с мутациями гена IKBKG на активной хромосоме Х подвергаются апоптозу, что объясняет эмбриональную летальность мальчиков с IP-мутациями. У девочек-гетерозигот возникает сдвиг Х-инактивации вследствие гибели клеток с мутацией гена IKBKG на активной хромосоме Х. Гибель клеток кожи с мутантным аллелем на активной хромосоме Х наблюдается у больных девочек сразу после рождения [Ardelean, Pope, 2006], что наблюдается в виде стадийных поражений кожных покровов. Пример синдрома Блоха-Сульцбергера иллюстрирует то, как клинические симптомы могут проявляться в легкой форме, когда «мутантные» клетки элиминируются и замещаются
нормальными.

Клеточная селекция наблюдается при многих Х-сцепленных болезнях и обычно является однонаправленной по отношению к нормальному аллелю. Однако в редких случаях клетки с активным мутантным аллелем имеют пролиферативные преимущества. Таким исключением является адренолейкодистрофия (ALD) – сфинголипидоз, характеризующийся сочетанием лейкодистрофии и недостаточности функции коры надпочечников, обусловленным энзиматическим дефектом обмена жирных кислот. Гетерозиготы по ALD (мутации гена ABCD) имеют сдвиг Х-инактивации из-за клеточной селекции, способствующей экспрессии мутантного аллеля, что видно на рис. 27.

А. Клетки с нормальным аллелем на активной хромосоме Х (на рисунке белого цвета) имеют преимущество в пролиферации при таких Х-сцепленных синдромах, как Блоха-Сульцбергера, Айкарди, Барта, Лоу, FG, ото-палато-дигитальном и других

Б. Клетки с мутантным аллелем на активной хромосоме Х (на рисунке черного цвета) имеют преимущество в пролиферации при адренолейкодистрофии

Рис. 27. Формирование сдвига Х-инактивации в результате селекции клеток при различных формах Х-сцепленной умственной отсталости

Причины селективного преимущества клеток мутантного типа при ALD еще не поняты, но они объясняют появление патологических симптомов с возрастом у многих гетерозигот по данному заболеванию [Migeon, 2007]. Другой вид взаимодействия клеточных популяций у гетерозигот по Х-сцепленным мутациям – метаболическая кооперация. В клетках с мутантным аллелем на активной хромосоме Х не образуется белковый продукт данного гена, но его недостаток может быть компенсирован путем эффективной передачи этим клеткам необходимого генного продукта из клеток с нормальным аллелем на активной хромосоме Х. Взаимодействия, позволяющие клеткам обмениваться материалами, являются средством, используемым многоклеточными организмами для поддержания гомеостаза. Иногда межклеточная коммуникация требует тесного физического контакта – клетки должны соприкасаться друг с другом, чтобы осуществлять передачу продуктов через клеточные контакты. В других случаях секретированные клеточные продукты переносятся посредством таких внеклеточных жидкостей, как кровь, и захватываются клетками путем эндоцитоза. Метаболическая кооперация «маскирует» генотип. Поэтому женщины-гетерозиготы по той же мутации, которая является «вредоносной» и даже летальной для их сыновей, часто не имеют симптомов болезни. Примерами этого являются лизосомные болезни, в частности, синдром Хантера и болезнь Фабри. Лизосомные ферменты имеют остаток маннозо-6-фосфата, который распознается специфичными для него рецепторами, расположенными в мембранах клеток. Благодаря этому лизосомные гидролазы селективно связываются с мембранами, свободно проникают в лизосомы и покидают их, а также могут быть перенесены из одной клетки в другую путем маннозо-6-фосфат-опосредованного эндоцитоза. При синдроме Хантера матери и сестры пораженных мальчиков обычно не имеют проявлений болезни, поскольку клетки, которые синтезируют фермент идуронатсульфатазу, могут эффективно передавать его тем клеткам, которые его не синтезируют, как показано на рис. 28. Поскольку здесь нет основы для конкуренции клеток, то Х-инактивация является случайной и, чаще всего, сбалансированной. Факт метаболической кооперации клеток был использован для лечения мальчиков с синдромом Хантера путем трансфузии им донорских гематопоэтических стволовых клеток или рекомбинантного фермента [Pinto et al., 2010].

Рис. 28. Перенос лизосомных ферментов из нормальных в «мутантные» клетки при Х-сцепленых лизосомных болезнях. Клетки с нормальным аллелем на активной хромосоме Х (цитоплазма серого цвета со знаком «+» в ядрах) передают фермент (E) клеткам с мутантным аллелем на активной хромосоме Х (цитоплазма белого
цвета со знаком «-» в ядрах)

При болезни Фабри фермент альфа-галактозидаза передается от нормальной клетки к «мутантной» относительно малоэффективно по сравнению с идуронатсульфатазой при болезни Хантера. Как следствие дефицита альфа-галактозидазы у женщин-гетерозигот по болезни Фабри, проявляются некоторые клинические симптомы. Так, 90 % гетерозигот по данному заболеванию имеют легкое помутнение роговицы, хотя клинические проявления у них намного легче, чем у мужчин. Разница в уровне передачи лизосомных ферментов зависит от плотности маннозо-6-фосфат рецепторов клеточных мембран или расположения маннозо-6-фосфата в молекуле лизосомного фермента. На основании наблюдений за малоэффективной передачей альфа-галактозидазы у гетерозигот по болезни Фабри для лечения данной патологии стали использовать вместо натурального эффективно усваивающиеся синтетические формы фермента [Migeon, 2007].

При синдроме Леша-Нихана наблюдаются оба вида взаимодействий между клетками: конкурентное взаимодействие и метаболическая кооперация, но в разных тканях женщин-носительниц. При этом заболевании у гемизигот наблюдают тяжелый дефицит фермента гипоксантин фосфорибозил трансферазы (HPRT), что вызывает нарушение интеллекта, спастический церебральный паралич, отложения депозитов мочевой кислоты в суставах (подагру) и самодеструктивное поведение в виде кусания пальцев и губ. Женщины-носительницы, имеющие дефицитные и нормальные клетки, не проявляют никаких симптомов. В большинстве клеток тканей женщин-носительниц выявляется инозиновая кислота – продукт метаболической реакции, катализируемой HPRT, который переносится от нормальных клеток, где он образуется, к «мутантным» клеткам через межклеточные каналы. Эти каналы связывают цитоплазму соседних клеток и легко переносят молекулы через клеточные мембраны. Таким образом, нормальные клетки обеспечивают инозиновой кислотой клетки мутантного типа. Это пример метаболической кооперации. Однако, подобная ситуация отличается от других тканей. Клетки крови, например, не могут создавать межклеточные контакты и передавать инозиновую кислоту. Нормальный фермент HPRT обеспечивает клеткам крови с нормальным аллелем на активной хромосоме Х пролиферативные преимущества, и это ведет к постепенной элиминации HPRT-дефицитных клеток. У девочек-гетерозигот фермент-дефицитные клетки крови (лейкоциты и эритроциты) элиминируются к 10-летнему возрасту. Таким образом, особенности взаимодействий между клеточными популяциями могут приводить к различиям по характеру Х-инактивации между тканями одного и того же индивидуума [Migeon, 2008].

Существует еще один возможный вид взаимодействия между популяциями клеток, различающихся по активной хромосоме Х – интерференция клеток, когда мутантные продукты из аномальной клетки нарушают функцию нормальных клеток. Понимание этого вида клеточного взамодействия вытекает из исследований краниофронтоназального синдрома (CFNS), который проявляется преждевременным срастанием коронарного шва, отделяющего лобные и теменные кости. CFNS вызывается дефицитом кодируемого хромосомой Х белка из семейства эфринов – эфрина В1. Эфрин В1 является сигнальной молекулой для прекращения миграции клеток, формирующих кости черепа, «отражая» их от места расположения будущего коронарного шва. CFNS мутации приводят к более тяжелым дефектам у женщин-гетерозигот, чем у мужчин-гемизигот. Мужчины с дефицитом эфрина В1 имеют минимальные аномалии в отличие от женщин-носительниц, у которых наблюдается полный краниосиностоз и другие скелетные аномалии. Длительное время оставалось неясным, почему при данном заболевании краниосиностоз возникает только у женщин. Позднее было показано, что Х-инактивация у пораженных женщин является случайной. Превалирует мнение о том, что краниосиностоз возникает из-за присутствия у них смешанной популяции эфрин В1 – позитивных и негативных вместо гомогенной популяции клеток, что нарушает процесс формирования будущего коронарного шва, и ведет, в свою очередь, к преждевременному срастанию костей черепа. Чтобы объяснить, почему мужчины с мутацией минимально поражены, предполагают, что другие белки из семейства эфринов заменяют эфрин В1 в клетках мужчин. Известно всего несколько примеров такого взаимодействия, когда интерференция клеток у женщин-гетерозигот вызывает проблемы, не встречающиеся у мужчин-гемизигот [Twigg et al., 2004]. Таким образом, у носительниц Х-сцепленных мутаций клинические проявления зависят от характера взаимодействия между клетками с нормальным и мутантным аллелем на активной хромосоме Х.

Определение у гетерозигот соотношения числа клеток с мутантным и нормальным аллелем на активной хромосоме Х осуществляется преимущественно молекулярно-генетическими методами. Наиболее распространенным методом исследования особенностей Х-инактивации является метод, основанный на метилчувствительной рестрикции HpaII сайтов в интроне 1 гена андрогенного рецептора (AR) с последующей количественной ПЦР. Исследование данного гена используется потому, что он высокополиморфен, один его аллель отличается от другого по количеству повторов цитозин-аденин-гуанин в интроне 1 у большинства женщин (90 %). Метод основан также на использовании такой особенности неактивной хромосомы Х как метилирование цитозина CpG динуклеотидов в 5’-положении. Соотношение двух мозаичных клеточных популяций у гетерозигот определяется как соотношение родительских аллелей гена AR, которые метилированы (неактивны). О сдвиге Х-инактивации говорят в тех случаях, когда в 80 % и более клеток обнаруживается инактивация одной и той же хромосомы Х. Однако, следует иметь в виду, что даже соотношение родительских аллелей 80:20 может быть внутри нормального распределения, особенно когда учитываются стохастические девиации в биологических процессах, поскольку сдвиг может возникнуть даже тогда, когда Х-инактивация прошла случайно вследствие ограниченного количества клеток-предшественников, присутствующих в эмбрионе в момент формирования активной хромосомы Х. Поэтому неравная Х-инактивация встречается среди фенотипически нормальных женщин, согласно данным литературы, с частотой от 3 до 17 % [Юров и др., 2004 а].

Как правило, при Х-сцепленных болезнях образование активной хромосомы Х вначале носит случайный характер, а неравная Х-инактивация является результатом различий пролиферации клеток с нормальным и мутантным аллелем на активной хромосоме Х. Следовательно, сдвиг Х-инактивации вторичен по отношению к селекции клеток. Однако сдвиг Х-инактивации может возникать первично во время процесса выбора активной хромосомы Х в эмбриогенезе. Это может быть связано с мутацией в гене XIST, что приводит к неслучайному выбору активной хромосомы Х, и хромосома, на которой расположен мутантный аллель XIST, всегда активна [Puck, Willard, 1998]. В литературе приводятся наблюдения, когда мутации в промоторе гена XIST у девяти женщин из двух неродственных семей приводили к полному сдвигу Х-инактивации [Plenge et al., 1997]. Описана также семья, в которой гемофилия А наблюдалась у трех женщин, что связывалось с неслучайным выбором активной хромосомы Х [Bicocchi et al., 2005]. Вероятно, что мутация гена XIST на активной хромосоме Х каждой пораженной женщины в этих случаях нарушала инактивацию хромосомы Х.

Таким образом, сдвиг Х-инактивации, как правило, отражает процесс селекции клеток с активными мутантным и нормальным аллелями на активной хромосоме Х в женском организме, но в редких случаях может возникать первично вследствие мутаций гена XIST.

Источник