Xist-KO 基因敲除小鼠

Xist基因，也称为X染色体非活性特异性转录物基因，是哺乳动物中X染色体失活的关键调节因子。Xist基因产生一种长非编码RNA（lncRNA），这种RNA在转录的染色体上积累，并招募因子来修饰底层的染色质，从而沉默X连锁基因。近年来，研究人员在Xist RNA的功能元件、相关RNA结合蛋白（RBPs）以及下游的染色质修饰和基因沉默途径方面取得了显著进展。

研究发现，Xist RNA在维持X染色体失活（XCI）方面发挥着重要作用。在人类B细胞中，Xist RNA持续存在，以沉默某些X连锁免疫基因，如TLR7。Xist依赖性基因缺乏启动子DNA甲基化，并需要持续的Xist依赖性组蛋白去乙酰化。Xist RNA指导的蛋白质组学和CRISPRi筛选揭示了独特的体细胞类型特异性Xist复合物，并确定了TRIM28，它在B细胞中调节X连锁基因启动子处的Pol II暂停。此外，女性患者系统性红斑狼疮或COVID-19感染的单细胞转录组数据表明，XIST失调，反映为XIST依赖性基因逃逸，在CD11c+非典型记忆B细胞（ABCs）中。XIST失活与TLR7激动剂足以促进同种型转换的ABCs。这些结果表明，lncRNA-蛋白质复合物具有细胞类型特异性多样化和功能，并表明XIST在生物学和医学中的性别差异方面发挥着重要作用[1]。

Xist RNA在人类幼稚多能干细胞（hPSCs）中也发挥着重要作用。研究发现，Xist RNA在幼稚hPSCs中传播到X染色体，并诱导X连锁基因表达的抑制。令人惊讶的是，Xist RNA还靶向特定的常染色体区域，在那里它诱导抑制性染色质变化和基因表达抑制。因此，Xist RNA在X连锁基因剂量补偿和常染色体基因表达差异方面发挥着重要作用。此外，Xist RNA的分散配置和常染色体定位在XCI启动过程中也会发生[2]。

Xist RNA在维持XCI方面也发挥着重要作用。研究发现，在雌性造血系统小鼠中条件性删除Xist会导致雌性造血干细胞和祖细胞（HSPCs）的分化缺陷和细胞周期异常。X连锁基因对Xist丢失的耐受性各不相同，XCI逃逸基因表现出优先转录上调，这与低H3K27me3占据和高染色质可及性有关，这些因素有利于转录因子（如阴阳1，YY1）在基础状态下的预先结合。这些结果表明，Xist RNA对于XCI维持期间的基因特异性沉默以及造血过程中的谱系特异性细胞分化和增殖至关重要[3]。

Xist RNA的结构特征及其功能机制也得到了深入研究。研究发现，Xist RNA包含重复序列区域，这些区域包含RNA结合蛋白的基序，招募效应复合物以沉默基因并建立抑制性染色质配置。功能表征这些效应蛋白揭示了多种途径的协同作用，以抑制非活性X染色体上的基因。这些机制可以扩展到其他具有类似结构的非编码RNA，并为设计新的疗法以关闭基因表达开辟了新的途径[4]。

此外，Xist RNA诱导的基因沉默动力学也得到了深入研究。研究发现，基因对Xist RNA介导的沉默的易感性是由表观遗传和基因组特征的复杂相互作用决定的。基因组距离Xist位点的距离、基因密度和与LINE元件的距离是基因沉默速度的主要决定因素。此外，研究发现两种不同的基因类，分别与不同的沉默途径相关。其中一类基因需要Xist重复A来沉默，而另一类基因则由多梳复合物预先标记，并倾向于依赖Xist的B重复进行沉默。此外，与活性转录延伸和染色质3D结构相关的特征在快速沉默的基因中富集。这些研究结果揭示了Xist RNA诱导的基因沉默过程中复杂的组合规则[5]。

Xist RNA在癌症发生发展中也发挥着重要作用。研究发现，Xist RNA和MUC1基因在慢性炎症和癌症中失调。MUC1-C通过抑制与XIST A重复相关的m6A甲基化复合物成分RBM15/B、WTAP和METTL3/14，调节XIST lncRNA水平。MUC1-C还抑制识别m6A位点的YTHDF2-CNOT1脱腺苷化复合物，从而增加XIST的稳定性和表达。XIST通过促进NF-κB介导的MUC1基因激活来调节MUC1-C表达。这些结果表明，MUC1-C/XIST自调节轴在癌症进展中发挥着重要作用[6]。

Xist RNA在多能性重置中也发挥着重要作用。研究发现，通过短暂抑制组蛋白脱乙酰酶，可以将人类多能干细胞（PSCs）重置为更幼稚的发育状态。重置细胞可以扩大，无需饲养层细胞，其倍增时间约为24小时。WNT抑制稳定了重置过程。重置细胞的转录组与启动PSCs明显不同，并具有人类内细胞团（ICM）的特征。重置细胞激活灵长类特异性转座元件的表达。DNA甲基化水平全球降低，相当于ICM水平，并且是非随机的，在特定位点获得甲基化。甲基化印记大部分丢失。在女性重置细胞中，X连锁基因的双等位基因转录的出现表明沉默的X染色体被重新激活。当重新转换为启动状态时，XIST诱导的沉默恢复单等位基因表达。这种简单且稳健的重置方案及其伴随的数据资源将使候选幼稚细胞的广泛利用、调查和改进成为可能[7]。

Xist RNA在淋巴系统恶性肿瘤中也发挥着重要作用。研究发现，Xist RNA在女性经典霍奇金淋巴瘤患者中过表达，与男性患者相比，Xist RNA的轻度过表达与良好的预后相关。这表明Xist RNA可能在男性HD患者中发挥肿瘤抑制基因的作用，并且这种作用似乎独立于SATB1基因表达[8]。

YY1结合是Xist RNA介导基因沉默的基因内障碍。研究发现，在XCI过程中，YY1结合的基序与持续可及的调节元件相关，包括许多慢沉默基因的启动子和增强子。YY1相对缓慢地从Xi上的目标位点被移除，X连锁基因的沉默在YY1降解后增加。这些结果表明，YY1作为Xist RNA介导的沉默的障碍，直到XCI过程的后期阶段[9]。

综上所述，Xist RNA在XCI、基因表达调控、细胞分化和增殖以及癌症发生发展等方面发挥着重要作用。Xist RNA的功能和机制研究为我们深入理解基因表达调控和生物学过程提供了重要线索，并为疾病的治疗和预防提供了新的思路和策略。