X-염색체 불활성화, 후생유전학 및 전사체

X 염색체는 터너 증후군(45,X), 클라인펠터 증후군(47,XXY), 삼중 X 증후군(47,XXX) 및 이중 Y 증후군(47,XYY)과 같은 여러 증후군의 병인에 대한 초석입니다. ). 임상 질환에 대한 이러한 중요성에도 불구하고, X 염색체의 단 하나의 유전자만이 이들 및 기타 X 관련 증후군에서 나타나는 표현형 특성의 광범위한 스펙트럼에 지금까지 연루되어 왔습니다. 알려진 유전자 중 하나는 SHOX(단신 호메오박스) 유전자이며 전사 표적으로 뇌 나트륨 이뇨 펩티드(BNP) 및 섬유아세포 성장 인자 수용체 유전자(FGFR3)를 갖는 전사 인자를 암호화합니다. 그것은 X 및 Y 염색체의 pseudoautosomal 지역에 있습니다. 이 유전자는 터너 증후군의 저신장, 레리-웨일 증후군 및 특발성 저신장에 관여하는 것으로 나타났습니다. 또한 클라인펠터 증후군, 삼중 X 증후군 및 XYY 증후군의 키 증가를 유발합니다.

이 SHOX 유전자로 설명할 수 없는 X-염색체 증후군에서 여러 특성과 질병이 자주 나타납니다. 이러한 증후군의 가장 특징적인 특징은 터너 증후군이며, 여기서 이러한 표현형 특성은 다음과 같이 나눌 수 있습니다.

1. 당뇨병 및 갑상선기능저하증과 같은 병인이 알려지지 않은 거의 모든 자가면역 질환의 위험을 증가시키는 자가면역 성향.
2. 자궁 내 생존력 감소. 여기서 태반에서 작동하는 X-연관 pseudoautosomal 유전자의 haploinsufficiency가 관련되어 있는 것으로 제안되었습니다(STS 및 CSF2RA).
3. 난소 이형성증, 난소 기능 부전으로 이어지고 장기간 성 호르몬 대체 요법이 필요합니다.
4. 해결되지 않은 병인의 선천성 심혈관 기형.
5. 뇌 발달, 특히 사회적 인지 발달은 많은 경우에 종종 보다 "남성적인" 방향으로 변경됩니다.
6. 대사증후군 및 골다공증의 유병률 증가. 2개의 X-염색체를 가진 건강한 여성의 세포에서는 임의의 X 비활성화가 발생합니다(13). 이 과정은 XIC(X 불활성화 센터)에 의해 관리되며 긴 개입 비암호화 RNA(lincRNA)를 암호화하는 유전자인 Xist에 의해 시작됩니다. Xist 유전자는 X 염색체의 긴 팔에 있는 중심체 근처에 위치하며, 여기에서 X 염색체를 따라 억압적 히스톤 변형(PRC2 모집)을 조율하여 불활성화시킵니다. 남아있는 활성 X 염색체에서 PRC2는 Tsix에 의해 적정되며, 이는 모계 기원과 부계 기원 중 하나를 가진 X 염색체에 대한 모자이크로 모든 암컷을 효과적으로 남겨 둡니다. 그러나 X 염색체에 퍼져 있는 많은 수의 유전자는 알려지지 않은 메커니즘에 의해 이 X-불활성화를 피하고 용량 보상이 일어나므로 많은 유전자에 대해 남성과 여성 사이의 발현이 비슷합니다(15, 16). 약 65%의 유전자가 완전히 침묵하는 반면, 15%는 X-비활성화를 완전히 피하고, 20%는 조직 세포 기원에 따라 다양한 발현을 보입니다(17).

LincRNA는 게놈에 광범위하게 전사되지만 건강과 질병에서의 역할은 잘 알려져 있지 않습니다. 용량 보상, 각인 및 항상성 유전자 발현에 대한 연구는 lincRNA가 DNA와 염색질 개질 사이의 경계면에서 기능하며 암 전이를 촉진하기 위한 염색질의 재프로그래밍에 추가로 관여함을 시사합니다. 지금까지 다양한 상호 작용이 전사 조절에서 lincRNA에 대해 가정되었으며, 그들은 온전한 상호 작용 분자뿐만 아니라 다른 RNA를 분해하는 작은 간섭 RNA로 잘게 잘린 Dicer 처리 분자로 기능할 수 있습니다.

염색질 리모델링은 히스톤의 아세틸화 또는 메틸화에 따라 허용적이거나 억압적일 수 있는 DNA 가닥에 히스톤이 남긴 표시로 분석할 수 있습니다. 예를 들어, 히스톤 H3(H3K4me3)에서 라이신 4의 트리메틸화는 전사 활성 유전자 프로모터에서 풍부한 반면, H3K9(H3Kme3) 및 H3K27(H3K27me3)의 트리메틸화는 전사적으로 억제되는 유전자 프로모터에 존재합니다. 딥 시퀀싱(chIPseq)과 결합된 염색질 면역 침전을 사용하면 하나의 분석에서 전체 X 염색체를 따라 이러한 마크를 얻을 수 있습니다.

히스톤 변형의 후생유전학적 변화는 상대적으로 오래된 병리학적 표본을 사용할 수 있는 새로운 방법론으로 연구할 수 있습니다. 이것은 다른 질병에 대한 X-염색체 허가 및 불활성화의 역할에 대한 우리의 지식 확장을 위한 새로운 전망을 열어줍니다. 당뇨병 및 갑상선 기능 저하증) 이러한 증후군을 넘어. 또 다른 예로서, 심장의 선천성 기형은 터너 증후군에서 빈번하며 종종 조기 대동맥 확장 및 박리로 이어집니다. 이 환자들과 대조군에서 우리는 대동맥 벽에서 조직의 파라핀 내장 블록을 수집합니다. 이제 이 최전선 방법론을 사용하여 비 터너 환자의 DNA와 비교하여 터너 환자 DNA에서 새로운 마크를 식별할 수 있는 잠재력을 가진 평가할 수 있습니다.

각인은 성염색체 작용의 또 다른 중요한 측면입니다. 각인은 부모의 기원에 따라 유전자(또는 더 많은 유전자)가 각인될 수 있는 과정을 말합니다. 다른 말로 하면, 유전자는 모계의 부계 기원에 따라 "켜지거나 꺼질" 수 있습니다. 또한, 마우스 연구는 X 염색체에 있는 유전자 클러스터가 각인되어 있고 X 염색체 불활성화와 무관하다는 것을 보여줍니다.

생물학적 유전의 중요성은 인구에 영향을 미치는 주요 심혈관 질환에 대해 명백하며 유전적 특성이 특정 가족에서 우세합니다. 심혈관 이환율의 예방 및 치료를 목표로 한다는 약속에도 불구하고 잠재적으로 병리를 유발하는 게놈의 특정 부분은 대체로 정의되어야 하며 병태생리학에 대한 중요한 지식을 가져올 수 있습니다.

게놈 변이의 의미에 대한 주요 지식 체계는 게놈의 원인 영역을 식별할 수 있는 명확한 전송 방식으로 인해 명백하고 심각한 징후가 있는 질병에서 비롯됩니다. 이러한 유전적 장애는 게놈의 특정 유전자좌의 역할을 이해할 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 이것이 확인될 수 있다면 큰 염색체 영역이 종종 관련되기 때문입니다. X-염색체 표현형의 경우 원인 인자가 X 염색체에 있을 것으로 예상하고 이 인자를 식별하기 위해 다양한 새로운 기술을 사용할 것입니다.

현재 심혈관 병리학에 대한 X-염색체의 중요성에 대한 우리의 제한된 지식은 단일 유전자 장애와 성염색체 이상 외에도 더 많은 비특이적 성별 차이에서 비롯됩니다. 대조적으로, Y-염색체의 단일 유전자 장애는 심혈관 이환율과 관련이 있는 것으로 확립되지 않았습니다.

성염색체의 역할을 더 잘 이해할 수 있는 적절한 인간 모델이 있습니다. 여기에서 정상으로부터의 편차는 합리적인 유병률로 발생할 뿐만 아니라 쉽게 식별할 수 있는 표현형 및 불리한 예후와 관련됩니다. Turner 및 Klinefelter 증후군은 그러한 모델을 구성합니다. X-염색체 물질이 감소한 여성과 X-염색체 물질이 증가한 남성 각각. 성염색체의 이러한 이상은 선천성 및 후천성 심혈관 질환은 물론 당뇨병, 난소 기능 부전 및 기타 질병으로 인한 과도한 이환율 및 사망률과 관련이 있습니다.

건강한 여성과 남성의 심혈관 표현형과 유전자의 발현 및 활성화를 횡단면 설명 설계에서 터너 증후군과 클라인펠터 증후군을 비교하여 조사합니다. 이러한 연구는 이미 수행되었으며 정확한 특성화가 확립되었습니다. 가설은 X-염색체의 중요성이 다른 심혈관 표현형과 관련하여 변화된 수준의 발현 및 활성화로 나타날 것이라는 것입니다. 두 번째로, Y-염색체에 대한 기본 유사 지식이 제공됩니다. 이 프로젝트는 정상적인 핵형을 가진 집단과 비정상 핵형을 가진 집단 모두에서 이환율에 대한 게놈의 역할에 대한 추가 가설을 생성할 것으로 예상됩니다.

이 프로젝트에서 우리는 일선 분자 기술과 잘 정의된 환자 코호트의 고유한 조합을 제공할 것입니다. 테스트할 가설은 다음과 같습니다.

1. X 염색체의 비암호화 전사물은 성염색체 이상에서 근본적인 역할을 하며, 후생유전학적 메커니즘의 조절과 mRNA 불안정화를 통해 작용할 수 있습니다.
2. X-염색체에 대한 비코딩 RNA 발현의 조절은 건강한 성 일치 대조군과 비교할 때 예를 들어 터너 및 클라인펠터 증후군 환자에서 상이한 히스톤 마크 및 상이한 DNA 메틸화를 유발하는 후생유전학적 메커니즘을 기반으로 합니다.
3. 이러한 기작으로 인한 유전자 발현 패턴은 건강한 남성과 여성에 비해 성염색체 이상에서 차이가 있으며, 이러한 차이는 터너 증후군 여성의 질병 조직에서 정상 대조 조직과 비교하여 연구할 수 있습니다.
4. 터너 및 클라인펠터 증후군 환자의 질병 조직에서 하나 또는 몇 개의 드라이버 분자를 확인하는 것이 가능할 수 있으며, 이는 시험관 내 및 생체 내에서 검증될 수 있으며 중요한 병태생리학적 정보를 제공하는 질병 과정을 설명할 수 있습니다.

예상 결과. 우리는 단일 염기 분해능에서 X-염색체의 후생유전학적 변화를 정의할 수 있을 것으로 기대하며, 따라서 히스톤의 허용 및 억제 히스톤 마크뿐만 아니라 DNA 가닥에서 CpG 메틸화를 식별할 수 있습니다.

우리는 X-염색체에서 생성된 RNA에 대한 mRNA 및 비암호화 RNA(마이크로 RNA뿐만 아니라 긴)에 관한 전사체를 식별할 것으로 기대합니다.

우리는 터너 증후군에 특정한 후생유전학적 사건과 전사체에 미치는 영향에 대한 아틀라스를 제공할 수 있을 것으로 기대합니다.

생물정보학적 방법을 사용하면 이러한 환자의 다양한 특성을 설명할 수 있는 새로운 조절 장애 분자를 식별할 수 있기를 바랍니다. 그런 다음 이러한 분자는 PCR 또는 IHC 기술을 사용하여 별도의 환자 코호트에서 검증을 받게 됩니다.

병든 조직에서 우리는 X 염색체의 후성유전체와 전사체의 조직 특이적 변경을 연구하고 이를 대조군 샘플의 정상 조직과 비교할 것입니다. 우리는 이것이 질병 과정의 동인을 식별하고 질병 과정에 대한 병리생리학적 이해로 이어질 수 있기를 바랍니다.