Week30 — 常染色体单等位基因的随机表达

Week 30: 2018— 12.3-12.8
Title: Random monoallelic expression of autosomal genes: stochastic transcription and allele-level regulation【Review】
DOI (url) :10.1038/nrg3888
Public Date：7 October 2015
Journal：Nature Reviews
Key word： Random monoallelic expression (RME), autosomal RME (aRME)

介绍

我们知道基因是含特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小单位。那么
同卵双胞胎——几乎完全相同的基因组的产物——彼此之间在外貌和疾病倾向上也显示显著的差异，这是为什么呢？目前常见的理论有表观修饰的差异或后天环境的差异。还有一种理论认为「单等位基因的随机表达」也可能是原因之一。
什么是随机单等位基因？
对于二倍体生物来说，每个基因有两个拷贝，一个来自父本，一个来自母本，这些成对的基因被称为等位基因（allele）。如果一个基因在遗传给子代的过程中两个等位基因都表达，称为「双等位基因表达 , biallelic expression」，如果只是两个等位基因中的一个等位基因表达就称为「单等位基因表达, monoallelic expression」，如印记基因（imprinted genes），仅一方亲本来源的等位基因表达,而来自另一亲本的不表达。还有研究发现在人类和鼠中，单等位基因的表达还具有是随机性，称为「随机单等位基因表达，random monoallelic expression (RME)」。为大家熟知的一个例子就是X 染色体失活了「X-chromosome inactivation (XCI)」，雌性细胞中一条X染色体的转录沉默，导致位于剩余活性X染色体上的基因的单等位表达。主要作用是平衡X染色体上的基因剂量效应。除了X染色体，常染色体上也存在着随机单等位基因表达的现象，称为「常染色体随机单等位基因表达，autosomal RME (aRME)」。

下面主要介绍常染色体单等位基因表达「aRME」，包括：

• 介绍aRME的研究进展，证明aRME在人类和鼠细胞系统中广泛存在
• 介绍aRME的两种基本分类：一个是长期的单等位基因表达，称为「固有常染色体随机单等位基因表达，fixed aRME」，一个是短期的单等位基因表达称为「动态常染色体随机单等位基因表达，dynamic aRME」，以及如何通过实验室区分这两种形式的aRME。
• 讨论了aRME相关的表型和疾病
• 最后讨论了该研究存在哪些问题

术语

这篇综述涉及到的遗传学术语较多，了解这些术语含义有助于文章的理解。

• allele：等位基因
  是染色体内的基因座的可以复制的DNA序列，其在细胞有丝分裂时的染色体上的两个基因座是对应排列的，所以称为等位基因。

• biallelic expression：双等位基因表达
  一个基因在遗传给子代的过程中两个等位基因都表达

• monoallelic expression：单等位基因表达
  两个等位基因中的一个等位基因表达

• Random monoallelic expression (RME)：随机单等位基因表达
  单等位基因的表达具有是随机性

• autosomal RME (aRME)
  常染色体的随机单等位基因

• fixed aRME
  长期的、稳定的常染色体随机单等位基因表达，只出现在无性繁殖系相关的细胞中。

• dynamic aRME
  等位基因的表达是暂时的，不一定是有丝分裂传播，需要单细胞分辨率鉴别

• Mosaic expression：镶嵌表达
  当生物体内一群细胞表达不同的等位基因或基因型时，可以产生表型镶嵌的现象。

• Allelic exclusion：等位排斥
  这个过程发生在只有一个等位基因表达，另一个等位基因沉默。如B细胞或T细胞免疫珠蛋白的单等位基因表达，感觉神经元嗅觉受体的表达。

• X-chromosome inactivation (XCI）
  雌性细胞中一条X染色体的转录沉默，导致位于剩余活性X染色体上的基因的单等位表达。主要作用是平衡X染色体上的基因剂量效应。

• Allelic dropout
  由于取样技术的限制，等位基因RNA物种的损失。这可能导致在数据分析中实际上双等位转录的基因得到错误的单等位基因。

• Allele-biased expression
  不是严格意义上的单等位基因表达，只是倾向于亲本中一个等位基因高表达，一个低表达。

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单等位基因表达的研究历史

第一个发现的aRME是在20世纪60年代，研究人员在B细胞和T细胞中发现免疫珠蛋白是单等位基因表达。在20世纪90年代，又发现了aRME的其他例子，如感觉神经元的嗅觉受体基因。他们与XCI不同的是aRME是细胞特异性的，且在免疫细胞和神经细胞中功能是增强了细胞间的异质性。在发现嗅觉受体单等位基因表达模式后，接连又报道了几个其他基因的单基因表达或单基因依赖性的表达，这些发现多是在与免疫功能相关的细胞观察到的。
但是也有一些不同的研究报道出相互矛盾的结果，或是模棱两可的结果。这些现象表明了aRME的研究面临的挑战：一是单细胞中等位基因检测技术的不完善的限制；二是单等位基因表达的克隆维持是复杂的，不同的实验设置和流程可能产生相互矛盾的结果。三是一些物理位置相互临近的基因中也经常观察到单等位表达不一致的结果。

aRME在全基因组范围内普遍存在

• fixed 和dynamic aRME在细胞中的比例，检测方法

  
  

• 单等位基因检测技术

  
  

fixed aRME和dynamic aRME