Читаем The Epigenetics Revolution полностью

X inactivation happens early in female embryogenesis, as the cells of the ICM begin to differentiate into the different cell types of the body. Experimentally, it is difficult to work on the small number of cells available from each blastocyst so researchers typically use female ES cells. Both X chromosomes are active in these cells, just like in the undifferentiated ICM. It’s easy to roll ES cells down Waddington’s epigenetic landscape, just by subtly altering the conditions in which the cells are cultured in the lab. Once we change the conditions to encourage the female ES cells to differentiate, they begin to inactivate an X chromosome. Because ES cells can be grown in almost limitless numbers in labs, this provides a convenient model system for studying X inactivation.

Painting an X-rated picture

Initial insights into X inactivation came from studying mice and cell lines with structurally rearranged chromosomes. In some of these studies, various sections of an X chromosome were missing. Depending on which parts were missing, the X chromosome did or did not inactivate normally. In other studies, sections had come off the X chromosome and attached themselves onto an autosome. Depending on which part of the X chromosome had transferred, this could result in switching off the structurally abnormal autosome[101][102].

These experiments showed that there was a region on the X chromosome that was vitally important for X inactivation. This region was dubbed the X Inactivation Centre. In 1991 a group from Hunt Willard’s lab at Stanford University in California showed that the X Inactivation Centre contained a gene that they called Xist, after X-inactive (Xi) specific transcript[103]. This gene was only expressed from the inactive X chromosome, not from the active one. Because the gene was only expressed from one of the two X chromosomes, this made it an attractive candidate as the controller of X inactivation, where two identical chromosomes behave non-identically.

Attempts were made to identify the protein encoded by the Xist gene[104] but by 1992 it was clear that there was something very strange going on. The Xist gene was transcribed to form RNA copies. The RNA was processed just like any other RNA. It was spliced, and various structures were added to each end of the transcript to improve its stability. So far, so normal. But before RNA molecules can code for protein, they have to move out of the nucleus and into the cytoplasm of the cell. This is because the ribosomes – the intracellular factories that join amino acids into long protein chains – are only found in the cytoplasm. But the Xist RNA never moved out of the nucleus, which meant it could never generate a protein[105][106].

This at least cleared up one thing that had puzzled the scientific community when the Xist gene was first identified. Mature Xist RNA is a long molecule, of about 17,000 base-pairs (17kb). One amino acid is coded for by a three base-pair codon, as described in Chapter 3. Therefore, in theory, the 17,000 base-pairs of Xist should be able to code for a protein of about 5,700 amino acids. But when researchers analysed the Xist sequence with protein prediction programs, they simply couldn’t see how it could encode anything this long. There were stop codons (which signal the end of a protein) all through the Xist sequence and the longest predicted run without stop codons was only enough to code for 298 amino acids (894 base-pairs[107]). Why would a gene have evolved which created a 17kb transcript, but only used about 5 per cent of this to encode protein? That would be a very inefficient use of energy and resources in a cell.

But since Xist never actually leaves the nucleus, its lack of potential protein coding is irrelevant. Xist doesn’t act as a messenger RNA (mRNA) that transmits the code for a protein. It is a class of molecule called a non-coding RNA (ncRNA). Xist may not code for protein, but this doesn’t mean it has no activity. Instead, the Xist ncRNA itself acts as a functional molecule, and it is critical for X inactivation.

Back in 1992 ncRNAs were a real novelty, and only one other was known at the time. Even now, there is something very unusual about Xist. It’s not just that it doesn’t leave the nucleus. Xist doesn’t even leave the chromosome that produces it. When ES cells begin to differentiate, only one of the chromosomes produces Xist RNA. This is the chromosome that will be the inactive one. Xist doesn’t move away from the chromosome that produced it. Instead, it binds to the chromosome and starts to spread out along it.

Перейти на страницу:

Похожие книги

Происхождение мозга
Происхождение мозга

Описаны принципы строения и физиологии мозга животных. На основе морфофункционального анализа реконструированы основные этапы эволюции нервной системы. Сформулированы причины, механизмы и условия появления нервных клеток, простых нервных сетей и нервных систем беспозвоночных. Представлена эволюционная теория переходных сред как основа для разработки нейробиологических моделей происхождения хордовых, первичноводных позвоночных, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих. Изложены причины возникновения нервных систем различных архетипов и их роль в определении стратегий поведения животных. Приведены примеры использования нейробиологических законов для реконструкции путей эволюции позвоночных и беспозвоночных животных, а также основные принципы адаптивной эволюции нервной системы и поведения.Монография предназначена для зоологов, психологов, студентов биологических специальностей и всех, кто интересуется проблемами эволюции нервной системы и поведения животных.

Сергей Вячеславович Савельев , Сергей Савельев

Биология, биофизика, биохимия / Зоология / Биология / Образование и наука
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни

Испокон веков люди обращали взоры к звездам и размышляли, почему мы здесь и одни ли мы во Вселенной. Нам свойственно задумываться о том, почему существуют растения и животные, откуда мы пришли, кто были наши предки и что ждет нас впереди. Пусть ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и вообще всего не 42, как утверждал когда-то Дуглас Адамс, но он не менее краток и загадочен — митохондрии.Они показывают нам, как возникла жизнь на нашей планете. Они объясняют, почему бактерии так долго царили на ней и почему эволюция, скорее всего, не поднялась выше уровня бактериальной слизи нигде во Вселенной. Они позволяют понять, как возникли первые сложные клетки и как земная жизнь взошла по лестнице восходящей сложности к вершинам славы. Они показывают нам, почему возникли теплокровные существа, стряхнувшие оковы окружающей среды; почему существуют мужчины и женщины, почему мы влюбляемся и заводим детей. Они говорят нам, почему наши дни в этом мире сочтены, почему мы стареем и умираем. Они могут подсказать нам лучший способ провести закатные годы жизни, избежав старости как обузы и проклятия. Может быть, митохондрии и не объясняют смысл жизни, но, по крайней мере, показывают, что она собой представляет. А разве можно понять смысл жизни, не зная, как она устроена?16+

Ник Лэйн

Биология, биофизика, биохимия / Биология / Образование и наука
Взаимопомощь как фактор эволюции
Взаимопомощь как фактор эволюции

Труд известного теоретика и организатора анархизма Петра Алексеевича Кропоткина. После 1917 года печатался лишь фрагментарно в нескольких сборниках, в частности, в книге "Анархия".В области биологии идеи Кропоткина о взаимопомощи как факторе эволюции, об отсутствии внутривидовой борьбы представляли собой развитие одного из важных направлений дарвинизма. Свое учение о взаимной помощи и поддержке, об отсутствии внутривидовой борьбы Кропоткин перенес и на общественную жизнь. Наряду с этим он признавал, что как биологическая, так и социальная жизнь проникнута началом борьбы. Но социальная борьба плодотворна и прогрессивна только тогда, когда она помогает возникновению новых форм, основанных на принципах справедливости и солидарности. Сформулированный ученым закон взаимной помощи лег в основу его этического учения, которое он развил в своем незавершенном труде "Этика".

Петр Алексеевич Кропоткин

Культурология / Биология, биофизика, биохимия / Политика / Биология / Образование и наука
Основы психофизиологии
Основы психофизиологии

В учебнике «Основы психофизиологии» раскрыты все темы, составляющие в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования содержание курса по психофизиологии, и дополнительно те вопросы, которые представляют собой «точки роста» и привлекают значительное внимание исследователей. В учебнике описаны основные методологические подходы и методы, разработанные как в отечественной, так и в зарубежной психофизиологии, последние достижения этой науки.Настоящий учебник, который отражает современное состояние психофизиологии во всей её полноте, предназначен студентам, аспирантам, научным сотрудникам, а также всем тем, кто интересуется методологией науки, психологией, психофизиологией, нейронауками, методами и результатами объективного изучения психики.

Игорь Сергеевич Дикий , Людмила Александровна Дикая , Юрий Александров , Юрий Иосифович Александров

Детская образовательная литература / Биология, биофизика, биохимия / Биология / Книги Для Детей / Образование и наука