X染色体の不活性化、エピジェネティクス、およびトランスクリプトーム

X 染色体は、多くの症候群の病因の基礎であり、そのうちのいくつかは、ターナー症候群 (45,X)、クラインフェルター症候群 (47,XXY)、トリプル X 症候群 (47,XXX)、およびダブル Y 症候群 (47,XYY) です。 ）。 臨床疾患にとってこの重要性にもかかわらず、これまでのところ、X染色体上の1つの遺伝子のみが、これらおよび他のX関連症候群に見られる幅広い表現型形質に関与しています。 既知の遺伝子の 1 つは SHOX (低身長ホメオボックス) 遺伝子であり、転写標的として脳ナトリウム利尿ペプチド (BNP) および線維芽細胞増殖因子受容体遺伝子 (FGFR3) を持つ転写因子をコードします。 これは、X 染色体と Y 染色体の偽常染色体領域にあります。 この遺伝子は、ターナー症候群、レリ・ワイル症候群、および特発性低身長の低身長に関与していることが示されています。 また、クラインフェルター症候群、トリプル X 症候群、XYY 症候群の身長の増加も引き起こします。

X 染色体症候群では、この SHOX 遺伝子では説明できない多くの形質や疾患が頻繁に見られます。 これらの症候群の中で最も特徴的なのはターナー症候群であり、これらの表現型の特徴は次のように分類できます。

1. 糖尿病や甲状腺機能低下症など、病因が不明なほぼすべての自己免疫疾患のリスクが高まる自己免疫傾向。
2. 子宮内生存率の低下。 ここで、胎盤で機能するX連鎖偽常染色体遺伝子のハプロ不全が関与していることが示唆されています（STSおよびCSF2RA）。
3. 卵巣機能不全を引き起こし、長期的な性ホルモン補充療法が必要となる卵巣形成不全。
4. 未解決の病因の先天性心血管奇形。
5. 脳の発達、特に社会的認知発達は、多くの場合、より「男性的な」方向に変化します。
6. メタボリック シンドロームおよび骨粗鬆症の有病率の増加。 2 つの X 染色体を持つ健康な女性の細胞では、ランダムな X 不活化が起こります (13)。 このプロセスは X 不活化センター (XIC) によって管理され、長い介在非コード RNA (lincRNA) をコードする遺伝子である Xist によって開始されます。 Xist 遺伝子は、X 染色体の長腕のセントロメアの近くに位置し、そこから X 染色体に沿って抑制的なヒストン修飾 (PRC2 を採用) を調整し、不活化を引き起こします。 残りのアクティブな X 染色体では、PRC2 が Tsix によって滴定されます。これにより、事実上、すべての女性が、母親由来のものと父親由来のものを持つ X 染色体のモザイクとして残ります。 しかし、X 染色体上に広がる多数の遺伝子は、未知のメカニズムによってこの X 不活性化を免れ、量の補償が行われるため、多くの遺伝子の男性と女性の間の発現は同等です (15, 16)。 遺伝子の約 65% は完全にサイレンシングされ、15% は完全に X 不活性化を回避し、20% は組織細胞の起源に応じてさまざまな発現を示します (17)。

LincRNA はゲノムに広く転写されていますが、健康や病気におけるその役割はよくわかっていません。 線量補償、インプリンティング、およびホメオティック遺伝子発現の研究​​は、lincRNA が DNA とクロマチン リモデリングの間の界面で機能し、さらにクロマチンのリプログラミングに関与して癌転移を促進することを示唆しています。 現在までに、転写調節におけるlincRNAのさまざまな相互作用の範囲が仮定されており、それらはインタクトな相互作用分子としてだけでなく、他のRNAを分解する小さな干渉RNAに切り刻まれたダイサー処理分子としても機能する可能性があります。

クロマチンのリモデリングは、DNA 鎖にヒストンが残したマークによって分析できます。これは、ヒストンのアセチル化またはメチル化に応じて、寛容または抑制の性質を持つことができます。 例として、ヒストン H3 (H3K4me3) 上のリジン 4 のトリメチル化は、転写活性遺伝子プロモーターで濃縮されますが、H3K9 (H3Kme3) および H3K27 (H3K27me3) のトリメチル化は、転写が抑制される遺伝子プロモーターに存在します。 ディープ シーケンス (chIPseq) と組み合わせたクロマチン免疫沈降を使用することで、1 つのアッセイで X 染色体全体に沿ってこれらのマークを取得できます。

ヒストン修飾のエピジェネティックな変化は、比較的古い病理標本の使用を可能にする新しい方法論によって研究することができます。 これは、X染色体の許可と不活性化の役割に関する知識をさまざまな疾患に拡大するための新しい展望を開きます.X染色体症候群は、疾患にとって重要である可能性が非常に高いプロセスを理解するための初期モデルとして役立つ可能性があります. 糖尿病および甲状腺機能低下症）これらの症候群を超えています。 別の例として、ターナー症候群では心臓の先天性奇形が頻繁に見られ、早期の大動脈拡張と解離につながることがよくあります。 これらの患者とコントロールで、大動脈壁からパラフィン包埋組織ブロックを収集します。これは、この最前線の方法論を使用して評価できるようになり、ターナー患者以外の患者の DNA と比較して、ターナー患者の DNA に新しいマークを特定できる可能性があります。

インプリンティングは、性染色体作用のもう 1 つの重要な側面です。 インプリンティングとは、親の起源に応じて遺伝子（または複数の遺伝子）がインプリンティングされるプロセスを指します。 別の言い方をすれば、遺伝子は、父方の起源の母方に応じて「オンまたはオフ」にすることができます. さらに、マウスの研究は、X 染色体上の遺伝子のクラスターが刻印されており、X 染色体の不活性化とは無関係であることを示しています。

生物学的遺伝の重要性は、人口に影響を与える主要な心血管疾患の罹患率で明らかであり、特定の家族では遺伝的特徴が明らかに優勢です。 心血管罹患率の予防と治療を標的とする見込みがあるにもかかわらず、病理を引き起こす可能性のあるゲノムの特定の部分は大部分が定義されていないままであり、病態生理学に関する重要な知識をもたらす可能性があります。

ゲノム異常の影響に関する主要な知識は、ゲノムの原因となる領域の特定を可能にする明確な伝達モードに起因する、明白で深刻な症状を伴う疾患に由来します。 このような遺伝性疾患は、大きな染色体領域が関与することが多いため、特定できれば、ゲノムの特定の遺伝子座の役割を理解する可能性を秘めています。 X 染色体表現型の場合、原因物質は X 染色体上にあると予想され、さまざまな新しい技術を使用してこの物質を特定します。

現在、心血管病理学における X 染色体の重要性に関する限られた知識は、単一遺伝子疾患、および性染色体異常に加えて、より非特異的な性差に由来しています。 対照的に、Ｙ染色体上の単一遺伝子障害が心血管罹患率に関連することが確立されていない。

性染色体が果たす役割の理解を深めるための適切なヒトモデルが利用可能です。 ここで、正常性からの逸脱は、合理的な有病率で発生するだけでなく、容易に識別可能な表現型および予後不良と関連しています。 ターナーおよびクラインフェルター症候群は、そのようなモデルを構成します。女性は X 染色体物質が減少し、男性は X 染色体物質が増加します。 性染色体のこれらの異常は、先天性および後天性心血管疾患、ならびに糖尿病、卵巣機能不全およびその他の疾患による過剰な罹患率および死亡率と関連しています。

心臓血管の表現型と遺伝子の発現と活性化は、健康な女性と男性のターナー症候群とクラインフェルター症候群を断面記述的デザインで比較して調査されています。 これらの研究はすでに実施されており、正確な特徴付けが確立されています。 仮説は、X 染色体の重要性は、さまざまな心血管表現型に関連する発現および活性化のレベルの変化として現れるというものです。 第二に、Y 染色体の基本的な類似知識が提供されます。 このプロジェクトは、正常な核型を持つ集団と異常な核型を持つ集団の両方で、罹患率に対してゲノムが果たす役割に関するさらなる仮説を生み出すことが期待されています。

このプロジェクトでは、最前線の分子技術と明確に定義された患者コホートの独自の組み合わせを提供します。 検証する仮説は次のとおりです。

1. X染色体からの非コード転写物は、性染色体の異常において基本的な役割を果たし、エピジェネティックなメカニズムの調節とmRNAの不安定化を通じて機能する可能性があります
2. X 染色体上の非コード RNA 発現の調節は、異なるヒストン マークにつながるエピジェネティックなメカニズムに基づいており、例えば、ターナー症候群やクラインフェルター症候群の人では、性別が一致した健康な対照と比較した場合に異なる DNA メチル化が起こります。
3. これらのメカニズムに起因する遺伝子発現パターンは、健康な男性と女性と比較して性染色体異常で異なり、この違いはターナー症候群の女性の病気の組織で研究でき、正常な対照組織と比較できます。
4. ターナー症候群およびクラインフェルター症候群の人から、疾患組織内の 1 つまたはいくつかのドライバー分子を特定できる可能性があります。これらは in vitro および in vivo で検証でき、重要な病態生理学的情報を提供して疾患プロセスを説明する可能性があります。

期待される結果。 X 染色体でのエピジェネティックな変化を 1 塩基の解像度で定義できるので、DNA 鎖での CpG メチル化と、ヒストンの許容および抑制ヒストン マークを特定できると期待しています。

X 染色体から生成された RNA の mRNA と非コード RNA (マイクロ Rna と同様に長い) の両方に関するトランスクリプトームを特定する予定です。

ターナー症候群に特有のエピジェネティックなイベントとトランスクリプトームに対するこれらの影響のアトラスを提供できると期待しています。

バイオインフォマティクス手法を使用すると、これらの患者のさまざまな特性を説明する可能性のある、調節不全の新規分子の同定につながることが期待されます。 これらの分子は、PCR または IHC 技術を使用して、別の患者コホートで検証されます。

病気の組織では、X染色体のエピゲノムとトランスクリプトームの組織特異的な変化を研究し、これを対照サンプルの正常な組織と比較します。 これが、疾患プロセスのドライバーの特定と疾患プロセスの病態生理学的理解につながることを願っています。