miniatura|A coloración de coiraza de tartaruga (na foto) e os gatos calico son unha manifestación visible da inactivación X. Os alelos negro e laranxa dun xene da coloración da pelame están situados no cromosoma X. Para calquera mancha determinada na pelame a inactivación dun cromosoma X que porta un xene ten como resultado que apareza a cor da pelame do outro xene activo. miniatura|Proceso e posible resultado final da inactivación aleatoria do cromosoma X en células embrionarias humanas femininas que sofren mitose. 1. Células embrionarias en estadio inicial dunha muller 2. Cromosoma X materno 3. Cromosoma X paterno 4. Mitose e evento de inactivación do cromosoma X aleatoria 5. O cromosoma paterno é inactivado ao chou nunha célula filla; o cromosoma materno é inactivado na outra 6. O cromosoma paterno é inactivado ao chou en ambas as células fillas 7. O cromosoma materno é inactivado ao chou en ambas as células fillas 8. Tres posibles combinacións de resultados aleatorias. miniatura|Núcleo dunha célula feminina. Arriba: Detección de ambos os cromosomas X por FISH. Abaixo: O mesmo núcleo tinguido con tinguidura para o ADN (DAPI). A frecha indica o corpo de Barr, que identifica o cromosoma X inactivo (Xi). miniatura|Un fibroblasto humano feminino en interfase. As frechas apuntan á cromatina sexual no ADN (con DAPI) no núcleo celular (esquerda), e a correspondente cromatina X (dereita).Esquerda: núcleo co ADN tinguido con DAPI. As frechas indican a localización do corpo de Barr (Xi). Dereita: proteínas histonas asociadas ao ADN deectadas. miniatura|dereita|A figura mostra imaxes de microscopía confocal dun experimento de FISH de ARN-ADN combinados para Xist en fibroblastos de femia de rato adulta, que demostran que o ARN Xist está cubrindo un só dos cromosomas X. Os sinais do FISH de ARN correspondentes ao ARN Xist móstranse en cor vermella, marcando o cromosoma X inactivo (Xi). Os sinais de FISH de ADN dos loci Xist móstranse en amarelo, marcando tanto o cromosoma X activo coma o inactivo (Xa, Xi). O núcleo (tinguido con DAPI) móstrase en azul. A figura foi adaptada de:.
A inactivación do cromosoma X ou inactivación X, tamén chamada lyonización (por Mary F. Lyon), é un proceso por medio do cal unha das copias do cromosoma X é inactivada nalgunhas femias de mamíferos. O cromosoma X inactivo é silenciado ao ser empaquetado de modo que adopta a estrutura transcricionalmente inactiva de heterocromatina. Como practicamente todas as femias de mamífero teñen dous cromosomas X, a inactivación do X impide que teñan o dobre de produtos xénicos do cromosoma X que os machos, os cales só posúen unha copia de dito cromosoma (compensación de dose). A escolla de cal dos cromosomas X será inactivado é aleatoria en mamíferos placentarios como os humanos, pero unha vez que un cromosoma X é inactivado, este permanece inactivo durante toda a vida da célula e nas células descendentes desta que haxa no organismo. A diferenza da inactivación do X aleatoria observada en mamíferos placentarios, esta inactivación en marsupiais afecta exclusivamente ao cromosoma X procedente do pai.
Historia
En 1959 Susumu Ohno demostrou que os dous cromosomas X de mamíferos eran diferentes: un deles parecía similar aos autosomas; o outro estaba condensado e en estado heterocromático. Este descubrimento suxeriu, independentemente a dous grupos de investigadores, que un dos cromosomas X sufría unha inactivación. En 1961, Mary F. Lyon propuxo a inactivación ao azar dun dos cromosomas X das femias para explicar o fenotipo a pintas de femias de rato heterocigotas para xenes da cor da pelame. A hipótese de Lyon tamén explicaba por que unha das copias do cromosoma X das células das femias estaba moi condensada e por que os ratos cunha soa copia do cromosoma X se desenvolvían como femias infértiles. Isto suxeriulle a Ernest Beutler, que estudaba femias heterocigotas para a deficiencia en glicosa-6-fosfato deshidroxenase (G6PD), que en tales heterocigotos había dúas poboacións de eritrocitos: as células deficientes e as normais, dependendo de se o cromosoma X inactivado (no núcleo das células precursoras dos eritrocitos) contén o alelo G6PD normal ou defectivo.
Mecanismo
Ciclo da activación do cromosoma X
A inactivación do X forma parte do ciclo de activación do cromosoma X que ten lugar ao longo da vida da femia. O ovo e o cigoto fertilizado de ratos usan inicialmente transcritos maternos e todo o xenoma do embrión está silenciado ata a activación do xenoma cigótico. Por tanto, todas as células de rato sofren unha temperá inactivación impresa do cromosoma X derivado do pai durante o estadio embrionario de 4-8 células. Os tecidos extraembrionarios (que dan lugar á placenta e outros tecidos de soporte do embrión) reteñen esta inactivación impresa temperamente e así só o cromosoma X materno está activo neses tecidos.
Nos blastocistos temperáns, esta inactivación do X impresa inicial é revertida nas células da masa interna (que dan lugar ao embrión), e nestas células ambos os cromosomas X volven a estar activos de novo. Despois, cada unha destas células de forma independente e aleatoria inactivan unha copia do cromosoma X. Este evento de inactivación é irreversible durante toda a vida do individuo, coa excepción da liña xerminal. Na liña xerminal feminina antes da entrada na meiose, a inactivación do X é revertida, polo que despois da meiose todos os ovocitos haploides conteñen un só cromosoma X activo.
Resumo
Con Xi indícase o cromosoma X inactivo e con Xa o activo. XP denota o cromosoma X paterno e XM o materno. Cando o ovo (que leva un XM) é fecundado por un espermatozoide (que leva un XP), fórmase un cigoto diploide. A partir do cigoto, a través da etapa adulta e ata a seguinte xeración de ovos, o cromosoma sofre os seguintes cambios:
Cigoto XiP XiM → sofre a activación cigótica xenómica, que conduce a: XaP XaM → sofre unha inactivación X impresa (paterna), que orixina: XiP XaM → sofre activación X no estadio de blastocisto temperán, o que produce: XaP XaM → sofre inactivación X aleatoria na liñaxe embrional (células da masa interna) no estadio de blastocisto, o que orixina: XiP XaM OU XaP XiM → sofre unha reactivación X nas células xerminais primordiais antes da meiose, o que conduce a: Células xerminais diploides XaM XaP en detención meiótica. Dado que a meiose I só se completa coa ovulación, as células xerminais humanas existen neste estadio desde as primeiras semanas do desenvolvemento ata a puberdade. Cando a meiose se completa isto forma: Células xerminais haploides XaM E XaP (ovos).
O ciclo de activación X foi mellor estudado en ratos, pero fixéronse tamén múltiples estudos en humanos. Como a maioría das probas proceden dos ratos, o esquema anterior representa os eventos neses roedores. A terminación da meiose foi simplificada aquí para maior claridade. Os pasos 1-4 poden estudarse en embrións orixinados por fertilización in vitro, e en células nai en diferenciación; a reactivación X ocorre no embrión en desenvolvemento e as seguintes etapas (6-7) dentro do corpo da femia, o que é moito máis difícil de estudar.
Sincronización do momento
O momento en que ten lugar cada proceso depende da especie, e en moitos casos o momento preciso é obxecto de grandes debates. +Momento aproximado dos principais eventos no ciclo de activación do cromosoma XProcesoRatoHumano1Activación xenómica cigótica Estadio de 2-4 célulasEstadio de 2-8 células2Inactivación X impresa (paterna)Estadio de 4-8 célulasNon está claro se ten lugar en humanos3Activación X Estadio de blastocisto temperánEstadio de blastocisto temperán4Inactivación X aleatoria na liñaxe embrional (células da masa interna) Estadio de blastocisto tardíoEstadio de blastocisto tardío, despois da implantación5Reactivación X en células xerminais primordiais antes da meioseDesde antes da semana 4 do desenvolvemento ata a semana 14
Herdanza do status de inactivación a través das xeracións
Os descendentes de cada célula que inactivou un determinado cromosoma X tamén terán desactivado ese mesmo cromoxoma X. Este fenómeno, que pode observarse na coloración de coiraza de tartaruga da pelame dos gatos cando as femias son heterocigotas para o xene ligado ao sexo implicado, non debería confundirse co mosaicismo, que é un termo que se refire especificamente ao xenotipo de varias poboacións celulares presentes no mesmo individuo; ao contrario, a inactivación X, que é un cambio epixenético que ten como resultado un fenotipo diferente, non é un cambio a nivel xenotípico. Para unha liñaxe ou célula individual a inactivación é, por tanto, nesgada ou non aleatoria, e isto pode dar lugar a síntomas suaves nas 'portadoras' femininas de trastornos xenéticos ligados ao X.
Selección dun cromosoma X activo
As femias normais posúen dous cromosomas X e nunha célula determinada un deles estará activo (designado como Xa) e o outro activo (Xi). Porén, os estudos de individuos con copias extra do cromosoma X indican que nas células con máis de dous cromosomas X hai un só Xa, e todos os demais cromosomas X están inactivados. Isto indica que o estado por defecto do cromosoma X en femias é a inactivación, pero sempre un dos cromosomas X se selecciona para estar activo.
Sábese que a inactivación do cromosoma X é un proceso aleatorio que se produce aproximadamente no momento da gastrulación no epiblasto (as células que darán lugar ao embrión). Os cromosomas X materno e paterno teñen igual probabilidade de inactivación. Isto suxeriría que se esperaría que as mulleres sufrisen trastornos ligados ao X nunha proporción do 50% con respecto aos homes (porque as mulleres teñen dous cromosomas X, mentres que os homes teñen só un); porén, na realidade, a frecuencia destes trastornos en femias é moito menor que esa cifra. Unha explicación desta disparidade é que entre o 12 e o 20% dos xenes do cromosoma X inactivado seguen expresándose, o que proporciona ás mulleres unha protección adicional contra xenes defectuosos codificados no cromosoma X. Suxeriuse que esta disparidade tiña que ser unha proba dunha inactivación preferencial (non aleatoria). A inactivación preferencial do cromosoma X paterno dáse tanto en marsupiais coma en liñaxes celulares que forman as membranas que rodean o embrión, mentres que nos mamíferos placentarios poden ser inactivados tanto o cromosoma X derivado do pai coma da nai en diferentes liñas celulares.
O período de tempo en que se produce a inactivación do cromosoma X explica esta disparidade. A inactivación ocorre no epiblasto durante a gastrulación, o que dá lugar ao embrión. A inactivación ocorre a nivel celular, resultando nunha expresión en mosaico, na cal grupos de células teñen un cromosoma X inactivo materno, mentres que noutros o cromosoma X inactivo é o paterno. Por exemplo, unha femia heterocigota para a hemofilia (unha enfermidade ligada ao X) tería aproximadamente a metade das súas células hepáticas funcionando perfectamente, o que normalmente é dabondo para asegurar unha coagulación do sangue normal. Por azar poderían orixinarse significativamente máis células disfuncionais; porén, tales extremos estatísticos son improbables. As diferenzas xenéticas no cromosoma poden tamén facer que sexa máis probable que un determinado cromosoma X sufra inactivación. Ademais, se un cromosoma X ten unha mutación que dificulta o seu crecemento ou a fai non viable, as células que aleatoriamente inactivaron ese cromosoma X terán unha vantaxe selectiva sobre as células que aleatoriamente inactivaron o alelo normal. Así, aínda que a inactivación é inicialmente ao azar, as células que inactivan o alelo normal (deixando activo o alelo mutado) finalmente proliferarán menos e serán substituídas por células normais, as cales case todas teñen o mesmo cromosoma X activado.