X-kromosomi: nisäkkäiden sukupuolikromosomi, X-inaktivointi ja perinnöllisyys

Tutustu X-kromosomin rooliin nisäkkäiden sukupuolesta, X-inaktivointiin ja perinnöllisyyteen — selkeästi ja ymmärrettävästi.

X-kromosomi on toinen nisäkkäiden kahdesta sukupuolikromosomista. Ne määräävät yksilön sukupuolen. Toinen sukupuolikromosomi on Y-kromosomi.

Naarailla on kaksi X-kromosomia, miehillä yksi X ja yksi Y. Munasolussa on aina yksi X, kun taas siittiöissä on joko X tai Y. Näin sukupuoli määräytyy ihmisillä ja useimmilla muilla nisäkkäillä. Vaikka naarailla on kaksi X-kromosomia, kussakin solussa voi olla vain yksi X-kromosomi aktiivisena. Varhaiskehityksen aikana tapahtuu prosessi, jota kutsutaan X-inaktivoinniksi. Jokaisessa solussa toinen X-kromosomeista deaktivoituu satunnaisesti. Tämä aiheuttaa sen, että kehon eri osissa on eri X-sidoksissa olevia geenejä, ja se on vastuussa calico-kissojen mustasta ja oranssista väristä.

X-kromosomin rakenne ja geenit

Ihmisen X-kromosomi on suuri kromosomi, joka sisältää satoja geenejä; arviolta noin 800–900 proteiinia koodaavaa geeniä. Osa X:n geeneistä on välttämättömiä yleiseen kehitykseen ja solun toimintaan, ja osa säätelee sukupuoleen liittyviä piirteitä. X-kromosomissa on myös pseudoautonomisia alueita (PAR-alueet), jotka parittuvat Y-kromosomin kanssa meioosissa ja voivat rekombinoitua.

Perinnöllisyys ja sukupuolen määritys

Koska miehillä on vain yksi X-kromosomi (he ovat hemizygootteja X:n suhteen), mikä tahansa X:llä oleva resessiivinen muunnos ilmenee useammin miehillä. Naisilla samanlaisen resessiivisen muutoksen vaikutus voi jäädä piileväksi, jos toisessa X:ssä on toimiva kopio geenistä. Tämä selittää, miksi tietyt perinnölliset sairaudet, kuten hemofilia ja punavihersokeus, esiintyvät useammin miehillä.

X-inaktivointi (lyonisaatio)

X-inaktivointi, eli lyonisaatio, tapahtuu varhaisessa alkionkehityksessä ja sen tarkoitus on tasata X-kromosomien geenien ilmentymistä (dosage compensation) naaraiden ja naaras-urosten välillä. Prosessi etenee siten, että toinen naaraan X-kromosomeista muuttuu inaktiiviseen muotoon: sen DNA tiivistyy heterokromatiiniksi ja muodostaa niin sanotun Barr-kromatin eli Barr-elimen. Inaktivoitu X ei yleensä tuota proteiinia koodaavia geenejä.

X-inaktivoinnissa keskeinen tekijä on XIST-geeni, joka tuottaa pitkän ei-koodaavan RNA:n. XIST peittää inaktiivisen X:n ja käynnistää laajamittaiset epigeneettiset muutokset (kuten DNA:n metyloinnin ja histonimuutokset), jotka pitävät kromosomin hiljentyneenä. Kaikki geenit eivät kuitenkaan inaktivoidu: osa PAR-alueiden geeneistä ja muutamat muut geenit "pääsevät läpi" ja ilmentyvät myös inaktiivisella X:llä.

Useimmissa kudoksissa inaktivointi tapahtuu satunnaisesti: joko isältä peritty tai äidiltä peritty X valitaan kuhunkin soluun. Tämän seurauksena naisilla voi esiintyä mosaiikkisuutta—eri soluissa ilmenee eri X-kromosomin alleeleja. Skewed (vino) inaktivointi tarkoittaa tilannetta, jossa toisen X:n inaktivointi ei ole tasaisesti satunnainen vaan kallistuu voimakkaasti toista kopioita kohtaan; tämä voi vaikuttaa perinnöllisten piirteiden ilmenemiseen kantajilla.

Kliininen merkitys ja esimerkkejä

X-kromosomin muutokset voivat johtaa monenlaisiin terveydellisiin tiloihin:

• X-linkittyjen resessiivisten sairauksien tavallisia esimerkkejä ovat hemofilia, Duchennen lihasdystrofia ja useat värinäköhäiriöt. Miehet ilmaisevat tällaiset sairaudet helpommin, koska heillä ei ole toista X:ää, joka voisi kompensoida virhettä.
• X-linkittyt dominantit tilat voivat ilmetä sekä miehillä että naisilla, mutta oireiden voimakkuus voi vaihdella X-inaktivoinnin seurauksena naisilla.
• Kromosomipoikkeavuudet kuten Turnerin oireyhtymä (45,X) johtuvat X-kromosomin puutteesta tai muutoksista ja voivat aiheuttaa sukupuoli- ja kehityshäiriöitä. Klinefelterin oireyhtymässä (47,XXY) miehillä on ylimääräinen X, mikä vaikuttaa sukupuoliominaisuuksiin ja lisää riskiä tiettyihin terveysongelmiin.

Mosaikismi ja esimerkit luonnossa

Calico- ja tortie-kissojen värimuodot ovat käytännön esimerkki X-inaktivoinnin seurauksesta, koska värigeenejä ohjaavat X-kromosomin alleelit, ja eri soluissa on eri X-kromosomeista aktiivisia geenejä. Ihmisillä X-mosaikismi voi näkyä esimerkiksi ihon pigmentaation vaihteluna tai vaikuttaa siihen, miten kantajan X-linkitty sairaus ilmenee.

Yhteenveto

X-kromosomi on keskeinen sukupuolen määrityksessä nisäkkäillä ja kantaa runsaasti geenejä, joiden poikkeamat vaikuttavat moniin perinnöllisiin tiloihin. X-inaktivointi varmistaa geenien tasapainon sukupuolten välillä, mutta samalla se tuottaa mosaiikkisuutta, joka selittää monia biologisia ilmiöitä ja vaikuttaa sairauden ilmenemiseen. Kromosomin rakenne, XIST:n kaltainen epigeneettinen säätely ja pseudoautonomisten alueiden erityispiirteet muodostavat yhdessä monimutkaisen mutta selitettävissä olevan järjestelmän, jonka ymmärtäminen on tärkeää sekä perinnöllisyystieteessä että kliinisessä genetiikassa.

Kysymyksiä ja vastauksia

Q: Mikä on X-kromosomi?

K: Mikä muu sukupuolikromosomi on X-kromosomin lisäksi?

K: Kuinka monta X-kromosomia naaraalla on?

K: Kuinka monta X-kromosomia miehillä on?

K: Mitä munasolu kantaa?

K: Mitä siittiöissä on?

K: Mitä on X-inkivoituminen?

Hae kirjaimella