Nature子刊：單細胞轉錄組測序證實Xist RNA是早期胚胎發育的關鍵決定因素
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象，過程中X染色體會被包裝成異染色質，進而因功能受抑制而沉默化。Xist RNA是能引發X染色體沉默的長片段ncRNA，盡管Xist對XCI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，安諾優達與法國居里所的研究人員對其進行完整探索發現：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）的性染色體結構的差異會導致劑量補償策略的演變，其中包括在雌性中發生的X染色體轉錄沉默。Xist僅在父本的等位基因介導的父本X染色體（paternal X Xp）失活。在小鼠中，X染色體失活（XCI）首次出現于胚胎植入前階段，根據報道：Xp 基因的沉默與 Xist 缺失有關。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等人利用單細胞轉錄組測序（scRNA-seq）技術，在小鼠早期胚胎的不同階段，對完全依賴于Xist介導的印記XCI進行了完整探索。
研究者用scRNA-seq繪制了Xp和Xm染色體的動態表達圖譜。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育階段被檢測到表達，包含580個X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發生的時機，發現在8細胞時期X連鎖基因表現為明顯的母系偏移，直到囊胚期，這種現象越發明顯，表明XCI在此時期進行的非常徹底。研究發現：“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；這些發現表明在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，研究者構建了父系Xist敲除(XistpatΔ)模型：“正如預期的，明顯的劑量補償缺失出現在突變體中，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非常徹底地發生在野生型雌性中”。在XistpatΔ雌性囊胚中許多下調的基因與外胚組織的通路，胚胎生長和細胞活性是有聯系的。
Maud表示：“XistpatΔ導致的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展。”
安諾基因作為本次研究的核心技術——scRNA-seq提供者，其數據結果在文章中經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，揭示了早期胚胎發育中基因組和表觀的變化是以X染色體的轉錄沉默為基礎。
安諾基因掌握了國內唯一的最領先最全面的單細胞測序技術，從基因組、轉錄組到表觀組的三大組學包含四項高端技術(單細胞基因組、單細胞轉錄組、單細胞G&T-seq、單細胞甲基化），將竭誠協助您邁向生命科學精準研究的最前列。
