在大多数哺乳动物中，雌性有两条X染色体，而雄性的每个细胞中都有一条X和一条Y染色体。为了避免女性中双倍剂量的X连锁基因，其中一个X在发育过程的早期被沉默。这种沉默至关重要，但它是如何发生的却相对神秘。两项新的UM研究揭示了更多关于这种沉默过程和可以改进干细胞研究的见解。
人类胚胎干细胞(hESCs)在早期发育研究以及从1型糖尿病到帕金森病等疾病的再生医学方面具有巨大潜力。然而，在实验室中研究女性hESC的生物学家经常会遇到一种现象，即正常失活的X染色体在培养皿中生长时会失去这种抑制作用。
人类遗传学副教授SundeepKalantry博士说：“如果你不能在培养中保持完全一样的hESC，那么你就不能将它们用于任何下游应用。”他和博士玛丽莎克劳蒂尔一起。实习生和他们的团队着手确定为什么X失活会随着时间的推移在某些实验条件下逐渐消失。
他们的主要嫌疑人是用于培养细胞的物质，称为培养基。细胞在为它们提供称为生长因子的化学指令的培养基中生长。这些生长因子向干细胞发出信号以继续分裂。一种流行的介质，称为mTeSR1，似乎与X失活的关键调节因子（一种称为XIST的非编码RNA链）的丢失有关。另一种称为Xenofree的培养基不会导致X失活的丧失。
“我们研究了这两种介质组成的差异，并确定氯化锂存在于mTeSR1中，但不存在于Xenofree中，”Cloutier说。
氯化锂有时包含在培养基中以促进干细胞增殖，然而，已知它会通过抑制GSK-3蛋白来干扰许多细胞信号传导途径。（GSK-3蛋白抑制剂已被用于治疗多种疾病，用于治疗双相情感障碍的锂是最早发现的天然GSK-3抑制剂之一。）
为了确认氯化锂是罪魁祸首，他们将这种化合物添加到Xenofree培养基中，发现X失活消失了。他们的论文发表在NatureCommunications上。
“就我们对X失活的理解而言，我们的研究为调节这一过程提供了一种可能的新模型，”Cloutier说。Kalantry补充说，他们的研究表明，研究人员需要对使用GSK-3抑制剂（如锂）更加谨慎。“它们可能不仅会干扰X失活，还会干扰整个基因组的其他表观遗传转录调控模式。”
古代X连锁基因在诱导X失活中的作用
Kalantry及其同事也发表在《自然通讯》上的另一篇论文对哺乳动物中X失活的进化提供了见解。该研究的前提是X失活是由一个或多个X连锁基因子集触发的，一旦X失活开始，这些基因自相矛盾地逃避X失活。这些基因在女性的两条X染色体与男性的单个X染色体中表达，因此在女性与男性中的表达更高。Kalantry的实验室与同样在密歇根大学的ShigekiIwase的实验室密切合作，发现由于一种这样的X连锁基因Kdm5c在女性中的表达高于男性，它会在女性中选择性地诱导Xist和X失活.
删除女性细胞中两条X染色体上的Kdm5c几乎完全关闭了X失活。相反，当研究人员将Kdm5c引入雄性小鼠细胞时，他们成功启动了X失活，这在正常情况下不会发生。
Kdm5c是所有哺乳动物物种共有的祖先X连锁基因。作者测试并发现，来自进化上遥远的有袋动物和单孔动物（例如，产卵鸭嘴兽）哺乳动物谱系的Kdm5c（从1.5亿多年前从胎盘哺乳动物中分离出来）也可以显着诱导雄性小鼠细胞中的Xist和X失活.这一发现表明，Kdm5c保留了在小鼠和人类中诱导Xist和X失活的祖先功能。
“如果在女性细胞中以高于正常水平表达X连锁基因，该细胞通常会遭受痛苦并死亡。在男性中，如果你通过使单个X失活而将X连锁基因的表达降低到超出正常水平，那么细胞也会遭受痛苦和死亡，”Kalantry说。“X染色体基因的适当水平对细胞的健康非常非常重要。”
该团队希望接下来解释确定女性细胞中的哪个X被沉默的随机过程：来自母亲的X或来自父亲的X。Kalantry说，确定这种基本机制，将来可能会被用于随意重新激活X连锁基因，以达到潜在的治疗目的。#科学#