爬行動物中**個性染色體表達劑量補償相關的lncRNA

在具有XX/XY性染色體的物種中——包括胎盤哺乳動物、有袋動物和果蠅，雌性攜帶兩個X染色體副本，而雄性只有一個X染色體副本和一個退化的Y染色體副本。1967年，Susumu Ohno預測，具有兩條X染色體的雌性不應該比僅有一條X染色體的男性有更多的轉錄活性基因，并提出可以沉默雌性中的一條X染色體以實現兩性之間的劑量補償。后來，雌性胎盤哺乳動物被證實遵循隨機失活一個X染色體。有袋動物是一組與胎盤哺乳動物共享相同XY染色體的哺乳動物，在有袋動物中也發現了類似的X失活系統。相比之下，果蠅進化出了另一種策略，雄性的單個X染色體過度表達，以匹配雌性的兩個X染色體的表達輸出。

在這三個譜系中，長鏈非編碼RNA (lncRNAs)在平衡雄性和雌性基因表達的機制中起著關鍵作用。在胎盤哺乳動物中，X染色體失活發生在雌性發育早期，由lncRNA XIST(X inactive specific transcript) 的激活引起。簡單地說,XIST被KDM5C激活，被SPEN上調，然后順式募集蛋白復合物，誘導組蛋白H3賴氨酸27三甲基化(H3K27me3)，組蛋白H2A賴氨酸119單泛素化(H2AK119ub)，隨后染色質壓縮（compaction）和表達失活。類似地，在有袋動物中，lncRNA RSX(RNA -on-the- silent X)順式作用，觸發X失活信號通路。該lncRNA被認為與Polycomb復合物和其他潛在的染色質修飾蛋白相互作用以沉默轉錄。而果蠅的lncRNA   roX2(RNA on the X)與雄性特異性致死(MSL)復合物結合，該復合物使組蛋白4上的賴氨酸16高乙酰化 (H4K16ac)，以增加雄性X染色體的轉錄輸出。果蠅X染色體的調節發生在胚胎發育早期。

綠色的變色蜥蜴，安樂蜥，擁有1.5億至1.7億年歷史的XX/XY系統，其中Y染色體高度退化，X染色體在雄性和雌性之間表達水平平衡。在這種蜥蜴中，劑量補償機制通過增加H4K16乙酰化標記的水平來上調雄性X基因的表達。在這項研究中，作者深入研究了這種劑量補償系統的復雜性。

研究亮點

1. 安樂蜥X染色體上兩個相鄰的性別特異性lncRNA：使用帶注釋的基因對RNA測序(RNA-seq)數據進行差異表達分析，并沒有檢測到X連鎖基因在體細胞組織中表現出顯著的性別特異性表達。然而，作者推測一些元件，如lncRNA基因，可能在參考基因組中注釋不良。因此，他們將X染色體分成數千個50堿基對(bp)片段，并在雄性和雌性樣本之間進行差異表達分析，在X染色體上發現了兩個相鄰的位點:一個具有強烈的雄性表達偏倚，另一個具有強烈的雌性表達偏倚。在GenBank蛋白質數據庫中進行序列搜索沒有發現顯著的匹配，因此，這些基因可能代表lncRNA。

2. MAYEX、組蛋白乙?；推渌せ钷D錄的蛋白之間的相互作用：劑量補償機制在整個X染色體序列上都是活躍的。利用染色質免疫沉淀測序(ChIP-seq)數據對H4K16ac表觀遺傳標記進行差異覆蓋分析，檢測到沿整個X染色體的雄性特異性超乙酰化。MAYEX在轉錄激活因子和結構蛋白的幫助下參與X染色體的激活。

3. MAYEX和鄰近的重復序列組成染色體內調控結構域：為了深入了解X染色體的染色質結構和MAYEX的潛在調節作用，作者在雄性和雌性蜥蜴中進行了Hi-C實驗。Hi-C數據分析顯示，雄性和雌性常染色體在染色質拓撲結構上幾乎沒有差異；然而雄性的X染色體上比雌性X染色體有更多的拓撲相關結構域(TADs)和更高頻率的接觸（contacts）。靠近X染色體末端的特定區域顯示出與染色體其余部分的多重遠程相互作用——這個約30 kb的區域富集了長距離的Hi-C接觸，從MAYEX位點開始，向下游延伸到基因間區域，雄性的遠程接觸頻率高于雌性并且高于X上其他基因座的觀察頻率。從染色質相關RNA測序(ChAR-seq)實驗獲得的數據顯示，MAYEX的轉錄形式與雄性X染色體上的多個遠端DNA區域直接接觸。MAYEX的啟動子區域在雄性和雌性中具有不同的接觸，這可能有助于調節MAYEX的差異表達。

4. MAYEX下調降低X染色體的表達水平：使用了兩種CRISPR干擾(CRISPRi)方法，以及針對MAYEX基因組位點不同區域的三種sgRNAs，研究結果表明，dCas9-sgRNA復合物能有效干擾MAYEX的表達，濃度越高，沉默效果越強。與對照細胞相比，RNA-seq數據揭示了CRISPRi實驗中X染色體的下調，在靠近MAYEX位點的地方有顯著的影響，在更遠的位點上減弱。試圖通過RNA干擾(RNAi)減少MAYEX的表達，使用三種靶向MAYEX的RNA，但沒有成功。

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