生物谷报道：Warwick大学研究人员最近揭开了女性细胞在其两条染色体之间随机选择的奥秘。
男性细胞有X染色体和Y染色体，女性细胞有两条X染色体，意味着性别为女的受精卵在发育的早期阶段需要沉默两条X染色体中的一条。这个过程非常关键，出错会导致严重的遗传疾病。细胞中的两条染色体都有自杀基因XIST。XIST活化，其所在的X染色体失活。研究人员详细这种自杀基因是通过在其染色体位点上形成一个“蛋白栓”实现自我封闭的，但不清楚这种过程在两条染色体间随机进行的机制。其实研究人员对这种随机说法非常不满意，一直没有中断过寻找X染色体随机失活的规律。
最近，Warwick大学物理学家Mario Nicodemi率领的研究小组探清了这种随机性发生的机制及其优势，不仅为研究少数妇女X染色体不能正常完全随机分布的病状提供了线索，而且具有更广泛的提示意义——至少10％的基因具有与在X染色体间进行“选择”的机制相似机制。
Nicodemi依靠热力学攻克了这道难题。之前研究已经证实在X染色体失活的关键时刻，两条染色体紧密接触。Nicodemi等发现X染色体紧密接触不久，蛋白栓的组成物质开始聚集在两条X染色体的自杀基因周围，两团蛋白之间的竞争开始了。结果正如所料，其中一个初具模型的蛋白栓勉强获胜并达到一个能级——能够将形成两个栓的所有物质聚集为一个蛋白栓。最终的蛋白栓关闭了其所在X染色体上的XIST自杀基因，维持了这条染色体的活性，另一个XIST自杀基因使其所在X染色体失活。
此观点被提出后，哈佛大学研究人员观测到蛋白栓关闭X染色体XIST基因的过程，进一步证实了Nicodemi的研究。Nicodemi博士相信随机性有进化优势，意味着基因池中母本染色体和父本染色体数量相同，后代的适应能力更强。
原始出处：
Symmetry-Breaking Model for X-Chromosome Inactivation
Mario Nicodemi1 and Antonella Prisco2
1Dipartimento di Scienze Fisiche, Università di Napoli “Federico II,” INFN, Via Cintia, 80126 Napoli, Italy
2CNR Institute of Genetics and Biophysics "Buzzati Traverso," Via Pietro Castellino 111, 80131 Napoli, Italy
(Received 14 June 2006; published 7 March 2007)
In mammals, dosage compensation of X linked genes in female cells is achieved by inactivation of one of their two X chromosomes which is randomly chosen. The earliest steps in X-chromosome inactivation (XCI), namely, the mechanism whereby cells count their X chromosomes and choose between two equivalent X chromosomes, remain mysterious. Starting from the recent discovery of X chromosome colocalization at the onset of X-chromosome inactivation, we propose a statistical mechanics model of XCI, which is investigated by computer simulations and checked against experimental data. Our model describes how a “blocking factor” complex is self-assembled and why only one is formed out of many diffusible molecules, resulting in a spontaneous symmetry breaking in the binding to two identical chromosomes. These results are used to derive a scenario of biological implications.
©2007 The American Physical Society
Symmetry breaking Model in X Chromosome Inactivation
Physical Review Letters, vol.98 page 108104
