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Science:利用RNA-SPLIT技术揭示Xist RNA的动态变化

  1. Ciz1
  2. RNA-SPLIT
  3. SPEN
  4. Xist
  5. X染色体失活
  6. 扩展阶段

来源:本站原创 2021-06-24 20:01

2021年6月24日讯/生物谷BIOON/---哺乳动物中的X染色体失活(XCI)使得XX雌性相对于XY雄性的X连锁基因表达水平相等。XCI过程由非编码RNA Xist(X 染色体失活特异性转录物)控制,它在需要失活的X染色体中表达,在那里顺式积累并招募基于染色质的基因沉默所需的因子。顺式限制在单个染色体区域的分子基础尚不清楚,但人们认为这涉及特定的Xist

2021年6月24日讯/生物谷BIOON/---哺乳动物中的X染色体失活(XCI)使得XX雌性相对于XY雄性的X连锁基因表达水平相等。XCI过程由非编码RNA Xist(X 染色体失活特异性转录物)控制,它在需要失活的X染色体中表达,在那里顺式积累并招募基于染色质的基因沉默所需的因子。顺式限制在单个染色体区域的分子基础尚不清楚,但人们认为这涉及特定的Xist RNA结合蛋白(例如CIZ1和SPEN)与核蛋白支架之间的相互作用。

为了更好地了解Xist RNA的独特和不寻常的行为,来自英国牛津大学的研究人员在一项新的研究中,开发出RNA-SPLIT(sequential pulse localization imaging over time, 时间序列脉冲定位成像):一种在经历XCI的细胞中对单个Xist分子进行时间分辨成像的方法。他们利用BglG/Bgl茎环系统来标记特定的RNA和一种BglG-HaloTag融合蛋白。在活细胞(用多西环素诱导的Xist RNA进行改造的小鼠XX胚胎干细胞)中用不同的荧光HaloTag配体连续脉冲,使得他们能够使用超分辨率三维结构照明显微镜(3D-SIM)对单一Xist RNA分子进行时间分辨率成像。相关研究结果近期发表在Science期刊上,论文标题为“Time-resolved structured illumination microscopy reveals key principles of Xist RNA spreading”。


与以前的工作一致,这些作者观察到每个细胞中由大约50到100个Xist分子组成的区域(下称Xist区域)。他们确定了诱导后1.5至5小时的时间窗口,在此期间,他们可以定量确定Xist分子在Xist区域内的逐渐增加,被称为扩展阶段(expansion phase)。一个较晚的时间点(诱导后24小时)被作为稳态下Xist RNA行为的代表。RNA-SPLIT的应用使他们能够测量这两种阶段中Xist RNA动态的关键参数。在扩张期和稳定期,Xist分子分别大约每2或4小时周转一次。通过多西环素冲刷抑制Xist转录,导致Xist RNA稳定性明显增加,这表明存在一种反馈机制来平衡转录和周转率。他们观察到在扩展阶段Xist RNA区域的径向逐渐扩大,估计速度为每小时8立方微米。径向扩大在稳定状态下并不明显,这表明一旦建立了X染色体失活,Xist RNA分子就会以一种更随机的方式定位。RNA-SPLIT进一步显示,新合成的Xist分子主要定位于存在事先合成的Xist分子的位点---他们称之为耦合(coupling)


RNA-SPLIT可以对Xist RNA定位和相关RNA结合蛋白的作用进行功能分析,图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abe7500。

这些作者扩展了他们的分析,以探究剔除CIZ1和SPEN的影响,这两个因子与Xist RNA的定位和顺式限制有关系。CIZ1的功能丧失导致Xist RNA在分化的细胞中广泛地散布于细胞核,这会增加Xist RNA的转录水平和稳定性。尽管Xist RNA广泛散布于细胞核,但之前合成和新合成的Xist分子的耦合仍然保留。SPEN的功能丧失导致了Xist RNA长距离定位存在重大缺陷,降低了Xist RNA的稳定性,并破坏了Xist RNA的耦合。SPEN在Xist RNA行为中的功能与它在XCI中基于染色质的基因沉默中的功能在遗传上是可分离的。

综上所述,RNA-SPLIT的开发使得XCI建立过程中单个Xist分子的空间定量分析成为可能。这种方法的应用揭示了Xist RNA行为(包括对Xist周转和转录的反馈控制、Xist RNA扩散的动力学以及之前合成和新合成的Xist分子的耦合)的基本原则。除了这些见解之外,RNA-SPLIT还促进了人们对CIZ1和SPEN因子如何影响Xist RNA行为和定位的不同方面的理解。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Lisa Rodermund et al. Time-resolved structured illumination microscopy reveals key principles of Xist RNA spreading. Science, 2021, doi:10.1126/science.abe7500.

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