Читаем The Epigenetics Revolution полностью

Xist is often described as ‘painting’ the inactive X and it’s a very good description. Let’s revert yet again to our analogy of the DNA code as a script. This time we’ll imagine that the script is written on a wall, maybe it’s an inspiring poem or speech in a classroom. At the end of the summer term the school building closes down and is sold for conversion to apartments. The decorators arrive and paint over the script. Now there’s nothing to tell the new residents to ‘play up and play the game’, or exactly how they should ‘meet with Triumph and Disaster’. But the instructions are actually still there, they’re just hidden from view.

When Xist binds over the X chromosome that produced it, it induces a kind of creeping epigenetic paralysis. It covers more and more genes, switching them off. It first seems to do this by acting as a barrier between the genes and the enzymes that normally copy them into mRNA. But as the X inactivation gets better established, it changes the epigenetic modifications on the chromosome. The histone modifications that normally turn genes on are removed. They are replaced by repressive histone modifications that turn genes off.

Some of the normal histones are removed altogether. Histone H2A is replaced by a related but subtly different molecule called macroH2A, strongly associated with gene repression. The promoters of genes undergo DNA methylation, an even more stringent way of turning the genes off. All these changes lead to binding of more and more repressor molecules, coating the DNA on the inactive X and making it less and less accessible to the enzymes that transcribe genes. Eventually, the DNA on the X chromosome gets incredibly tightly wound up, like a giant wet towel being turned at each end, and the whole chromosome moves to the edge of the nucleus. By this stage most of the X chromosome is completely inactive, except for the Xist gene, which is a little pool of activity in the midst of a transcriptional desert[108].

Whenever a cell divides, the modifications to the inactive X are copied over from mother cell to daughter cell, and so the same X remains inactivated in all subsequent generations of that starter cell.

While the effects of Xist are amazing, the description above still leaves a lot of questions unanswered. How is Xist expression controlled? Why does it switch on when ES cells start to differentiate? Is Xist only functional when it’s in female cells, or could it act in males cells too?

The power of a kiss

The last question was first addressed in the lab of Rudi Jaenisch, whom we met in the context of iPS cells and Shinya Yamanaka’s work in Chapter 2. In 1996, Professor Jaenisch and his colleagues created mice carrying a genetically engineered version of the X Inactivation Centre (an X Inactivation Centre transgene). This was 450kb in size, and included the Xist gene plus other sequences on either side. They inserted this into an autosome (non-sex chromosome), created male mice carrying this transgene, and studied ES cells from these mice. The male mice only contained one normal X chromosome, because they have the XY karyotype. However, they had two X Inactivation Centres. One was on the normal X chromosome, and one was on the transgene on the autosome. When the researchers differentiated the ES cells from these mice, they found that Xist could be expressed from either of the X Inactivation Centres. When Xist was expressed, it inactivated the chromosome from which it was expressed, even if this was the autosome carrying the transgene[109].

These experiments showed that even cells that are normally male (XY) can count their X chromosomes. Actually, to be more specific, it showed they could count their X Inactivation Centres. The data also demonstrated that the critical features for counting, choosing and initiation were all present in the 450kb of the X Inactivation Centre around the Xist gene.

We know a bit more now about the mechanism of chromosome counting. Cells don’t normally count their autosomes. Both copies of chromosome 1, for example, operate independently. But we know that the two copies of the X chromosome in a female ES cell somehow communicate with each other. When X inactivation is getting going, the two X chromosomes in a cell do something very weird.

They kiss.

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