X 染色体失活、表观遗传学和转录组

X 染色体是许多综合征发病机制的基石，其中包括特纳综合征 (45,X)、克氏综合征 (47,XXY)、三 X 综合征 (47,XXX) 和双 Y 综合征 (47,XYY) ). 尽管对临床疾病如此重要，但迄今为止只有 X 染色体上的一个基因与这些和其他 X 相关综合征中所见的广泛表型特征有关。 一个已知的基因是 SHOX（矮身材同源盒）基因，它编码一种转录因子，该转录因子以脑利钠肽 (BNP) 和成纤维细胞生长因子受体基因 (FGFR3) 作为转录靶点。 它位于 X 和 Y 染色体的假常染色体区域。 该基因已被证明与特纳综合征、Leri-Weill 综合征和特发性矮小症有关。 它还会导致 Klinefelter 综合症、三重 X 综合症和 XYY 综合症的身高增加。

许多性状和疾病在 X 染色体综合征中很常见，无法用该 SHOX 基因解释。 这些综合征中最具特征的是特纳综合征，其中这些表型特征可分为：

1. 自身免疫性偏爱，导致几乎所有发病机制未知的自身免疫性疾病（例如糖尿病和甲状腺功能减退症）的风险增加。
2. 宫内存活率降低。 此处已表明涉及在胎盘中运行的 X 连锁拟常染色体基因的单倍体不足（STS 和 CSF2RA）。
3. 卵巢发育不全，导致卵巢功能不全，需要长期性激素替代治疗。
4. 未解决发病机制的先天性心血管畸形。
5. 大脑发育，尤其是社会认知发育，在许多情况下发生改变，通常朝着更“男性化”的方向发展。
6. 代谢综合征和骨质疏松症的患病率增加。 在具有两条 X 染色体的健康女性细胞中，会发生随机 X 失活 (13)。 该过程由 X 失活中心 (XIC) 控制并由 Xist 启动，Xist 是一种编码长间隔非编码 RNA (lincRNA) 的基因。 Xist 基因位于 X 染色体长臂的着丝粒附近，从那里它沿着 X 染色体协调抑制性组蛋白修饰（招募 PRC2），导致失活。 在剩余的活跃 X 染色体中，PRC2 被 Tsix 滴定，这有效地将所有女性作为 X 染色体的镶嵌体，其中一条来自母系，另一条来自父系。 然而，大量分布在 X 染色体上的基因通过未知机制逃避了这种 X 失活并发生了剂量补偿，因此对于许多基因而言，雄性和雌性之间的表达具有可比性 (15, 16)。 大约 65% 的基因完全沉默，而 15% 的基因完全逃避 X 失活，20% 的基因表达可变，具体取决于组织细胞来源 (17)。

LincRNA 在基因组中普遍转录，但人们对它们在健康和疾病中的作用知之甚少。 剂量补偿、印记和同源基因表达的研究表明，lincRNA 在 DNA 和染色质重塑之间的界面发挥作用，并进一步参与染色质重编程以促进癌症转移。 迄今为止，已经假设 lincRNA 在转录调控中存在一系列不同的相互作用，它们既可以作为完整的相互作用分子，也可以作为 Dicer 加工的分子发挥作用，这些分子被切碎成小的干扰 RNA，从而降解其他 RNA。

染色质重塑可以通过组蛋白在 DNA 链上留下的标记进行分析，这些标记可以是允许的或抑制的性质，具体取决于组蛋白发生的乙酰化或甲基化。 例如，组蛋白 H3 (H3K4me3) 上赖氨酸 4 的三甲基化在转录活性基因启动子处富集，而 H3K9 (H3Kme3) 和 H3K27 (H3K27me3) 的三甲基化存在于转录抑制的基因启动子处。 通过使用染色质免疫沉淀结合深度测序 (chIPseq)，可以在一次测定中沿整个 X 染色体获得这些标记。

组蛋白修饰的表观遗传改变可以通过一种新的方法进行研究，从而能够使用相对较旧的病理标本。 这为扩展我们对 X 染色体许可和失活对不同疾病的作用的认识开辟了新的前景，其中 X 染色体综合征可以作为初始模型来理解很可能对疾病很重要的过程（例如， 糖尿病和甲状腺功能减退症）超出这些综合症。 又如，先天性心脏畸形在特纳综合征中很常见，常导致早期主动脉扩张和夹层。 在这些患者和对照组中，我们从主动脉壁收集石蜡包埋的组织块，现在可以使用这种一线方法对其进行评估，与非特纳患者的 DNA 相比，有可能识别特纳患者 DNA 上的新标记。

印记是性染色体作用的另一个重要方面。 印记是指一个基因（或多个基因）可能根据亲本来源而被印记的过程。 换句话说，一个基因可以“打开或关闭”，这取决于它的母系或父系起源。 此外，小鼠研究表明，X 染色体上的基因簇被印记并且与 X 染色体失活无关。

对于影响人群的主要心血管疾病，生物遗传的重要性是显而易见的，其中遗传特征在某些家庭中明显占优势。 尽管有望以预防和治疗心血管疾病为目标，但基因组中可能引发病理的特定部分在很大程度上仍有待确定，并可能带来重要的病理生理学知识。

关于基因组畸变影响的主要知识来自具有明显和严重表现的疾病，这些疾病是由清晰的传播模式引起的，可以识别基因组的致病区域。 如果可以识别，此类遗传疾病有可能了解基因组特定位点的作用，因为通常涉及大的染色体区域。 在 X 染色体表型的情况下，我们预计病原体位于 X 染色体上，并将使用各种新技术来识别该病原体。

目前，我们对 X 染色体对心血管病理学重要性的了解有限，除了性染色体异常之外，还有单基因疾病和更多的非特异性性别差异。 相比之下，尚未确定 Y 染色体上的单基因疾病与心血管发病率相关。

可以使用适当的人体模型来更好地理解性染色体所起的作用。 在这里，与正常情况的偏差不仅发生在合理的患病率上，而且与易于识别的表型和不良预后有关。 Turner 和 Klinefelter 综合症构成了这样的模型； X 染色体物质减少的女性和 X 染色体物质增加的男性。 这些性染色体异常与先天性和后天性心血管疾病以及糖尿病、卵巢功能不全和其他疾病的发病率和死亡率过高有关。

在横断面描述性设计中，通过比较特纳综合征和克兰费尔特综合征，研究了健康女性和男性的心血管表型以及基因的表达和激活。 已经进行了这些研究并建立了精确的表征。 假设是 X 染色体的重要性将表现为与不同心血管表型相关的表达和激活水平的改变。 其次，提供了Y染色体的基本类比知识。 预计该项目将进一步假设基因组对具有正常核型和异常核型的人群的发病率所起的作用。

在这个项目中，我们将提供前线分子技术和定义明确的患者队列的独特组合。 我们将检验的假设如下：

1. 来自 X 染色体的非编码转录本在性染色体异常中起着重要作用，并且可能通过调节表观遗传机制和通过 mRNA 不稳定发挥作用
2. X 染色体上非编码 RNA 表达的调节基于表观遗传机制，导致不同的组蛋白标记和不同的 DNA 甲基化，例如，与健康的性别匹配对照相比，特纳和克兰费尔特综合征患者。
3. 与健康男性和女性相比，这些机制导致的基因表达模式在性染色体异常中是不同的，这种差异可以在特纳综合征女性的患病组织中进行研究，并与正常对照组织进行比较。
4. 有可能在特纳和克氏综合征患者的患病组织中识别一种或几种驱动分子，这些分子可以在体外和体内进行验证，并且可以解释疾病过程，提供重要的病理生理学信息。

预期的结果。 我们希望能够以单碱基分辨率定义 X 染色体上的表观遗传变化，从而识别 DNA 链上的 CpG 甲基化以及组蛋白中的允许和抑制组蛋白标记。

我们希望确定关于从 X 染色体产生的 RNA 的 mRNA 和非编码 RNA（长链和 microRNA）的转录组。

我们希望能够提供特纳综合征特有的表观遗传事件图谱及其对转录组的影响。

使用生物信息学方法，这将有望导致识别新的失调分子，这些分子可以解释这些患者的各种特性。 然后，这些分子将使用 PCR 或 IHC 技术在不同的患者队列中进行验证。

在患病组织中，我们将研究 X 染色体的表观基因组和转录组的组织特异性改变，并将其与对照样本中的正常组织进行比较。 我们希望这将导致识别疾病过程的驱动因素和对疾病过程的病理生理学理解。