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。

研究以及从 1 型糖尿病到帕金森病等疾病的方面具有巨大潜力。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 Sundeep Kalantry 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，用于治疗的锂是最早发现的天然 GSK-3 抑制剂之一。）

为了确认是罪魁祸首，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Nature Communications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 Shigeki Iwase 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#