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.2012年9月；8（9）：e1002900。
doi:10.1371/journal.pgen.1002900。 Epub 2012年9月13日。

小鼠染色体X染色体与Y染色体染色体基因组内冲突的遗传基础

朱莉·考克 1, 彼得·J·I·埃利斯, Shantha K Mahadevaiah, 纳比尔·阿法拉, 丹尼尔·维曼, 保罗·布尔戈因
附属公司

小鼠减数分裂后X染色体与Y染色体基因组内冲突的遗传学基础

朱莉·考克等。 公共科学图书馆-基因. 2012年9月.

勘误表in

摘要

当一个遗传元素倾向于自己的传播而不利于他人时，就会出现基因组内的冲突。关于性染色体传播的冲突预计会影响基因组结构、基因调控和物种形成。在小鼠中，X和Y连锁的多拷贝基因之间存在基因组内的冲突早已被提出，但从未得到证实。Y编码的多拷贝基因Sly已被证明在减数分裂后性染色质（PMSC）的表观遗传抑制中起着主导作用，因此抑制X和Y基因，其中包括其X连锁同源物Slx和Slxl1。在这里，我们生产了Sly和Slx/Slxl1缺陷的小鼠，并观察到Slx/slxll与Sly的作用相反，因为它刺激精子细胞中XY基因的表达。Slx/Slxl1缺陷可挽救Sly缺陷引起的精子分化缺陷和近不育，反之亦然。Slx/Slxl1缺陷也会导致雄性后代的性别比扭曲，这一点可以通过Sly缺陷得到纠正。总之，我们的数据表明，Slx/Slxl1和Sly在精子分化过程中具有拮抗作用，并参与了导致分离畸变和雄性不育的染色体后基因组内冲突。这无疑是导致小鼠X和Y染色体上大规模基因扩增的原因。这也可能是F1雄性杂种不育的基础，其中Slx/Slxl1和Sly拷贝数之间的平衡以及表达受到破坏。据我们所知，我们的工作首次证明了哺乳动物中X和Y相关基因之间的竞争。它还为基因组内冲突是影响基因表达、基因组结构和物种形成的重要进化力量这一概念提供了生物学基础。

PubMed免责声明

利益冲突声明

提交人声明，不存在相互竞争的利益。

数字

图1
图1。SLX/SLXL1蛋白在没有SLY的情况下的行为类似于SLY。
A） 野生型（WT）和Sly公司-睾丸切片有缺陷。DAPI（蓝色）染色细胞核，凝集素PNA（红色）染色顶体，以确定肾小管期。插图表示放大3倍。使用相同的图像捕获参数拍摄照片。比例尺表示10µm。B） shSLY和WT圆形精子细胞核提取物中SLX/SLXL1蛋白的Western blot检测。在相同的提取物上使用SLY1抗体来确认shSLY核部分中没有SLY蛋白。Sly公司基因编码两种选择性剪接变异体(Sly1号机组和Sly2型)它们被预测转化为长蛋白亚型和短蛋白亚型（SLY1和SLY2），但迄今为止只检测到SLY1蛋白，目前尚不清楚是否Sly2型翻译成绩单。LAMIN-B1检测被用作负荷控制。C） shSLY和WT圆形精子细胞核中SLX/SLXL1蛋白（绿色）的免疫荧光检测。DAPI（蓝色）染色细胞核。依次进行X和Y染色体绘制。在大多数shSLY精子细胞核（76%）中观察到强烈的SLX/SLXL1信号。96.5%的病例中该信号与任一性染色体共定位。在大多数WT圆形精子细胞核（84%）中未检测到信号。D） 免疫荧光检测WT或shSLY圆形精子细胞中的SLY1（粉红色）或SLX/SLXL1（绿色）蛋白。用DNA探针检测杂交斯佩尔随后进行基因聚类，然后绘制Y染色体。DAPI（白色或蓝色）染色细胞核。SLY1蛋白与斯佩尔78.5%WT精子细胞中的基因簇，而SLX/SLXL1蛋白与斯佩尔73%的shSLY精子细胞中存在基因簇。
图2
图2。shSLX和shSLY转基因的结合可以有效地抑制Slx/Slxl1型和Sly公司基因。
A–B）实时PCR定量Slx公司/Slxl1号机组(Slx-all公司底漆）（A）和Sly公司(Sly1号机组和Sly2型变体）（B）WT、shSLX1、shSLY和shSLX1shSLY圆形精子细胞中的转录水平。y轴表示与WT标准化后的表达水平Acrv1号机组(2ΔΔCt±标准误差）。减少Slx/Slxl1号机组shSLX1shSLY雄性和shSLX1同胞的转录水平相似。如前所述，Slx/Slxl1号机组在害羞的男性中发现转录水平增加。一个星号表示与WT有显著差异（p<0.05；ΔΔCt值的t检验）。Sly公司shSLX1shSLY男性的击倒比shSLY兄弟姐妹更强【两个星号表示shSLX1ashSLY和shSLY之间存在显著差异（p = 0.02; ΔΔCt值的t试验）]。C-E）Western blot检测WT、shSLY、shSLX1和shSLX1shSLY圆形精子细胞核质组分中的SLY1、SLX和SLXL1蛋白。LAMIN B1和ACTIN检测分别用作细胞核和细胞质部分的负载对照。shSLY或shSLX1shSLY样品中未检测到SLY1蛋白。
图3
图3。SLX/SLXL1和SLY对基因表达和H3K9me3在性染色质上的募集/维持具有相反的作用。
A） 获得的微阵列结果的表示Slx/Slxl1号机组-缺陷（shSLX1），Sly公司-缺陷（shSLY）和Slx/年-与WT精子细胞相比有缺陷（shSLX1shSLY）。B） 实时PCR定量显示X编码的转录水平(演员1和1700008I05瑞克)和Y编码基因(序列1和Zfy2号机组)shSLX1shSLY精子细胞的含量低于shSLY精细胞。shSLX1精子细胞的转录水平也低于WT精子细胞。y轴表示与WT标准化后的表达水平Acrv1号机组(2ΔΔCt±标准误差）。一个星号表示与相应的shSLY或WT值的显著差异（ΔΔCt值的t检验；p<0.05）。C） 222个基因相对于WT的表达比率的图形表示，shSLY中的变化大于1.5倍。受shSLY影响的大多数基因与性别相关且上调。其中大多数（196/222）通过添加shSLX转基因（在shSLX1shSLY中）进行了一定程度的纠正。对于其中46个基因，shSLY和shSLX1shSLY之间的差异本身具有统计学意义。D） 免疫荧光检测WT、shSLY和shSLX1/2shSLY圆形精子细胞核中的H3K9me3（绿色）。DAPI（白色或蓝色）染色细胞核。圆形DAPI结构是色心。染色中心外围较少的DAPI结构是染色体畸变后性染色质（PMSC），用箭头表示。使用相同的图像捕获参数拍摄照片。注意性染色质上的H3K9me3信号减少Sly公司-精子细胞缺陷；这几乎完全恢复了Slx/Slxl1号机组缺乏（shSLX1/2shSLY精子细胞）。另请参见图S4。E） shSLX1中115个基因相对于WT的表达比率的图形表示，其变化大于1.5倍。受shSLX1影响的大多数基因是常染色体和上调基因。请注意，几乎所有这些（111/115）在shSLX1shSLY中的折叠变化都低于shSLX1。对于其中91个基因，shSLX1和shSLX1shSLY之间的差异本身具有统计学意义。
图4
图4。Slx/年-有缺陷的男性精子生成缺陷少于两种缺陷的男性Sly公司或Slx/Slxl1号机组独自一人。
A） 条形图表示通过TUNEL分析测量的含有凋亡伸长精子细胞的小管百分比（灰色）和含有延迟伸长精子细胞（黑色）的小管的百分比。Hatch符号（#）表示与WT的显著差异（方差分析，p<0.0001）。一个星号表示为Slx/年-缺陷男性（shSLX1shSLY或shSLX1/2shSLY）和Slx/Slxl1号机组-缺失同胞（shSLX1或shSLX1/2）（方差分析，p<0.00001）。B） WT、shSLX1/2和shSLX1/2shSLY睾丸切片的典型黑白TUNEL图片。注意在大多数shSLX1/2生精小管中存在凋亡细胞（白色TUNEL+细胞），而在WT和shSLX1/2shSLY中，它们主要局限于XII期小管（对应于正常凋亡的中期细胞）。比例尺表示200µm。C） 表示精子头部异常百分比的条形图Slx/Slxl1型-不足，Sly公司-不足和Slx/年-缺陷男性（见图S6）。异常精子头总数的百分比在Slx/年-缺陷男性（shSLX1shSLY和shSLX1/2shSLY）比Sly公司-缺陷男性（害羞）。特别是，大体扁平的精子头的数量——这是在Sly公司-缺陷男性-减少（ANOVA，p<0.001）。与shSLX1shSLY雄性相比，ShSLX1/2shSLY雄鼠的这一百分比也显著下降（方差分析，p<0.03）。轻微异常精子头的数量——在Slx/Slxl1号机组-男性缺乏-也减少了Slx/年-与Slx/Slxl1号机组-缺陷男性（方差分析，p<0.0008）。对于这类精子异常，Slx/年-缺陷男性与WT无显著差异。
图5
图5。模型展示了SLX/SLXL1和SLY蛋白在精子细胞核和细胞质中的拮抗作用。
在精子细胞中，SLX/SLXL1（黄色锭子）和SLY（粉红色三角形）蛋白在细胞核中对XY基因和一些常染色体基因的表达具有拮抗作用，例如斯佩尔（第1组基因）；ii）在细胞质中，对代谢过程的调节，继而导致～100个常染色体基因（第2组基因）的放松调节。i） 在WT中，SLY蛋白位于细胞核和细胞质中，而SLX/SLXL1蛋白几乎只位于细胞质中。SLY蛋白的核部分与性染色体和常染色体共定位斯佩尔基因聚集，并抑制其表达。一小部分SLX/SLXL1蛋白也似乎与性染色质共定位。在Sly公司-缺乏精子细胞（shSLY），SLX/SLXL1蛋白重新定位到SLY蛋白空出的核位点（包括性连锁和常染色体）；然而，SLX/SLXL1蛋白具有与SLY相反的作用，激活XY基因表达。这与性染色质（紫色八边形）上抑制性表观遗传标记H3K9me3的减少有关，并产生精子分化缺陷，如精子头畸形、脱落延迟、运动障碍和随后的男性不育。在Slx/Slxl1号机组-缺乏精子细胞（shSLX），SLX/SLXL1核蛋白的缺失对基因调控的影响很小，因为它不会改变SLY的定位模式。XY转录只略有减少，这与SLX/SLXL1是一种转录激活剂，当存在于细胞核中时，共享SLY的靶点的观点一致。在双重击倒（shSLXshSLY）中，Slx/Slxl1号机组缺陷几乎完全消除了Sly公司敲除：在shSLXshSLY精子细胞中，第1组基因表达和抑制性表观遗传标记接近WT值。这与SLY依赖性精子分化缺陷的挽救有关。总之，在细胞核中，实验观察表明，SLX/SLXL1在性染色质调节水平上与SLY竞争：SLY作为阻遏物，而SLX/SL XL1作为阳性调节物。ii）Slx/Slxl1号机组缺乏导致各种生精缺陷（如精子细胞伸长延迟和凋亡、精子数量减少、精子头尾连接异常以及随后的男性不育），这些缺陷与编码细胞骨架、细胞外基质、，或与各种代谢过程有关（即第2组基因）。由于SLX/SLXL1蛋白在WT精子细胞中主要是细胞质蛋白，我们认为这种基因放松调控是由以下因素引起的精子生成缺陷的表现Slx/Slxl1号机组SLX/SLXL1蛋白对常染色体基因转录没有直接影响。在以下情况下Sly公司缺乏时，第2组基因表达不受影响；然而，在两次击倒中，Sly公司该缺陷纠正了SLX/SLXL1依赖性表型，从而消除了随后的第2组基因上调。这意味着SLY蛋白具有细胞质作用，与SLX/SLXL1相反。这种对抗可以被调解通过与细胞质中（a）共同伴侣的相互作用；在双敲除模型中，SLX/SLXL1和SLY蛋白之间没有竞争可以解释缺陷的缺失。总之，SLX/SLXL1和SLY蛋白明显在细胞质中竞争，以调节生精过程。SLX/SLXL1的功能作用可能是阻止SLY接触到精子生成所必需的细胞质蛋白。
图6
图6。模型比较Slx:Sly自然和实验室小鼠品系的拷贝数失衡Slx:SlyshRNA敲除模型中的基因表达失衡。
A.如何进行的模型Slx/Slxl1号机组:Sly公司不平衡会影响精子形状、子代性别比和生育能力。B.大约拷贝数比Slx/Slxl1号机组和Sly公司在Good等人研究的互惠杂交中，基于对每个基因约100个拷贝的估计肌肉和～50英寸陪审推事，在WT实验室菌株MF1 Y中RIII公司它有一个陪审推事X和常染色体，但a肌肉-在我们和其他人研究的同一背景的两个自然突变体中。C.MF1 Y上各种shRNA/缺失模型中观察到的第1组和第2组转录反应的相对大小RIII公司背景。双和三shRNA模型显示部分第1组反应，但无第2组反应。重要的是，在这个模型中，shSLX1和shSLX1/2表型预计不在自然突变和互惠杂交雄性的变异范围内，因为它们的背景已经在Slx/Slxl1号机组副本编号与Sly公司(50∶100). 我们强调Slx/Slxl1号机组:Sly公司不平衡是导致杂种不育的唯一因素：精子形状和睾丸大小QTL肌肉X映射到不同的位置，并显示与陪审推事常染色体和Y染色体。
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中的注释

  • 性染色体内部的冲突和不断升级的战争。
    好吉咪。 好吉咪。 公共科学图书馆-遗传学。2012年9月；8（9）：e1002955。doi:10.1371/journal.pgen.1002955。Epub 2012年9月13日。 公共科学图书馆-遗传学。2012 PMID：23028362 免费PMC文章。 没有可用的摘要。

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