第4节 X染色体失活
在哺乳动物中，雌性和雄性个体具有相同数目的常染色体，各有一对性染色体，但X染色体的数目不同，这类动物需要以一种方式来解决X染色体剂量的差异。在雌性哺乳动物中，两条X染色体中有一个是失活的，称为X染色体的剂量补偿（dosage compensation）。已经证明胚胎或胚外组织伴性基因表达剂量的失衡是致死性的。哺乳动物采用剂量补偿机制来平衡两性间伴性基因的剂量。这种剂量补偿机制在不同发育阶段不同分化特征的细胞又有所区别，首先是附植前囊胚期滋养外胚层及随后的原始内胚层父源X染色体的印记失活，然后是附植后原肠期胚胎细胞的X染色体随机失活。
X染色体失活（X－chromosome inactivation）的现象首先是Barr于1949年在对雌猫神经核的观察中发现的。1961年，Mary Lyon通过小鼠X染色体连锁的毛色基因表达的遗传学实验，提出了染色体失活的假说，即Lyon假说（其要点见第2章）。该假说能解释一些现象，但对Turner综合征（核型45，X）及多雌综合征（47，XXX；48，XXXX等）患者的各种异常不能解释。进一步的研究表明，人类X染色体上大约有15%的基因逃脱了失活。
X染色体失活是由X失活中心（X－inactivation center，XIC）顺式控制，包括一系列复杂的过程，如启动（initiation）、扩展（spreading）、计数（counting）、选择（choice）、维持（maintenance）等。X染色体失活一旦建立则保持稳定，其所有子细胞均失活同一条X染色体。
一、X染色体失活中心
X染色体失活中心（XIC）是X染色体失活的主控开关座位，携带XIC的X染色体可以顺式启动失活。人的XIC定位于Xq13.3，是一个约1Mb的编码序列，包含一些X失活相关单元，至少包括如下4个已知基因：
（1）Xist（X inactive－specific transcript）。长约17kb，至少含8个外显子，产生一个非翻译Xist RNA，由即将失活的X染色体转录，在活性X染色体上其转录受到抑制。该基因上游存在两个启动子P1、P2，用以在即将失活X染色体上转录生成稳定聚集的Xist RNA，还有一个可能的启动子P0用以产生不稳定的Xist RNA。Xist转录产物是诱导X染色体失活的初始信号，覆盖于即将失活X染色体的有限关键位点，然后招募沉默复合物并向两侧扩展，引起X染色体沉默的启动与传播。
（2）Xce（X－chromosome controlling element）。位于Xist下游，主要影响失活X染色体的选择。Xce纯合子表现为正常的随机失活，相反杂合子则表现为非随机失活，说明不同的Xce等位基因在决定哪一条X染色体失活上似乎有不同的强度。
（3）Tsix。起始于Xist下游15kb的一个顺式调控元件，编码长度约40kb的RNA，是Xist的反义链。Tsix仅在X失活启动时调节Xist的活性。
（4）DXPas34。DXPas34座位是一个3kb的CpG富集区，Tsix转录的重要起始位点位于DXPas34内。
二、X染色体失活的过程与分子机制
X染色体的失活首先涉及一种计数和选择机制，指导特定条件下哪条X染色体失活。所谓“计数”，即保持每个二倍体中仅有一条X染色体有活性，其余全部失活。对成年二倍体细胞而言，失活X染色体的数量遵循N－1规则（N为X染色体数），以人细胞为例：46，XY失活0条；46，XX失活1条；47，XXX失活2条；48，XXXX失活3条，从而使二倍体细胞中仅有1条X染色体保持活性。X染色体计数与选择受双向多因子调节，并与基因组印记有关，其机制还有待于进一步研究。XIC扮演着初始计数和选择的角色，1998年研究人员将精细的计数区域定位于Xist 3’端至第6外显子之间的65kb区域。影响选择的染色质区域则比较复杂，并与计数有明显区别。在小鼠细胞中，选择主要由Xce控制，其在XIC中有3个座位。基因突变试验显示Xist和Tsix都与选择有关。
随机X染色体失活启动之前，Xist表达处于较低水平，呈非稳定状态。分化信号刺激后，XistRNA开始招募启动沉默相关因子，这些相关因子随后又被其他的外源沉默信号所替代和增强，如组蛋白的甲基化（约在分化信号刺激后1天产生）、去乙酰化（4天）、异常组蛋白变异体（macroH2A）聚集（7～9天）、CpG岛甲基化（这是一个较迟的过程，约在分化信号刺激后21天）等，从而形成稳定的失活状态，这一失活状态可以在有丝分裂中得以传递和维持。
失活X染色体的结构与正常染色体不同，其分子机制包括：组蛋白H4低乙酰化、管家基因CpG岛甲基化、组蛋白macroH2A1的富集、S期复制滞后及Xist的覆盖等。
