X染色体基因草图揭开的新篇章

　　

生物通特别报道：和其它哺乳动物的性别是由一对性染色体X和Y来决定的，女性或者雌性动物有一对X染色体而男性/雄性动物有一条X染色体和一条Y染色体。对染色体进行详细测序研究的核心目的是鉴别出染色体上所有的基因--也就是能够翻译成为蛋白质的DNA序列编码，找出这些基因在各染色体上的定位。2003年6月美国的研究人员在Nature杂志上发表了已完成的对人类Y染色体的详细分析。2005年3月17日，在Nature杂志上发表的一篇文章宣告基本完成对人类X染色体的全面分析。对X染色体的详细测序是英国Wellcome Trust Sanger研究中心领导下世界各地多所著名学院超过250位基因组研究人员共同完成的，是人类基因组计划的一部分。(生物通网站注：Wellcome Trust Sanger研究院是Wellcome Trust信托基金资助的一个非盈利性基因组研究机构，以测序技术的先驱和两次诺贝尔奖得主Sanger命名，其目的是为了进一步深入对基因组的了解，特别是对人类基因组的测序和解释。她现在已经成为世界上最主要的基因组研究中心之一。) 

美国国立健康研究院(National Institutes of Health，NIH)高度评价此次完成对人类X染色体的全面分析，并表示，对X染色体DNA序列的详细分析和X染色体上基因的活性研究将为有关性染色体的进化研究、以及男女之间的生物学差异性研究揭开全新篇章。 

从属于NIH的美国国家人类基因组研究院(生物通网站注:National Human Genome Research Institute，NHGRI)的负责人弗朗西丝.柯林斯博士(Francis S. Collins, M.D., Ph.D)表示“对X染色体的详细研究成果代表了生物学和医药学领域进展的一个新的里程碑。这是人类基因组计划(Human Genome Project)得到的海量的序列数据无偿提供给世界各地的研究人员后得到的令人振奋的成果之一。”大名鼎鼎的柯林斯博士是举世闻名的人类基因组计划的领头人之一。 

新的研究确认了X染色体上有1098个蛋白质编码基因--有趣的是，这1098个基因中只有54个在对应的Y染色体上有相应功能的等位基因，而且Y染色体比X染色体小得多--在2003年6月完成的详细分析研究报告中指出Y染色体上仅有大约78个基因，Y染色体甚至被戏称为X染色体的“错误版本”。更有趣的是X染色体中大约有10%的基因属于一个神秘的称为“cancer-testis antigens”抗原家族--这些通常只在睾丸中表达的抗原在某些癌症中也会表达，因此有可能成为免疫治疗的靶子--特别是女性癌症患者。 

与目前已完整测序分析的染色体相比，X染色体上的基因密度属于较低的。研究人员认为可能由于X染色体的“始祖”的基因密度就比较低，当然也有可能提示--那些需要双拷贝、编码关键蛋白质的基因在哺乳动物漫长的进化历程中已经从X染色体转移到了其它染色体上，从而保证得到双拷贝--至少一个坏了还有一个替补。 

尽管X染色体上的密度低，X染色体依然是研究人类疾病的重要突破口--实际上，X染色体上的基因缺陷通常反应在男性患者上--因为Y染色体上缺少相应的等位基因可以“弥补”这种缺陷。看来上帝真是公平的—给予了男性非凡的力量和免受生育分娩哺乳之苦的同时，也给予了男性一点先天不足的遗憾。看到这里，身为女性是不是还有点儿安慰？尽管据估算，X染色体上的基因仅占人类基因总量的4%左右，但目前已知有超过300种疾病定位于X染色体上--占由单基因引起的遗传疾病的10%左右--单基因病又可称为经典遗传病，呈明显的孟德尔遗传，所以又称为孟德尔疾病（生物通网站注：Mendelian disorder）。这种“X连锁”的疾病包括红绿色盲、血友病、各种智障和杜兴氏肌营养不良症(生物通网站注：Duchenne muscular dystrophy)等等。 

本次项目的负责人之一，Sanger研究院的Mark Ross博士表示：“研究这些基因就可以更深入地了解疾病的进程。不过，测序的意义不仅仅限于了解个别疾病相关基因。我们同样可以深入了解进化过程是如何“塑造”这一对决定我们性别以及性别差异的染色体的。” 

研究小组将人类X染色体和其它已经测序的动物的基因组序列进行比较--包括狗、大鼠、小鼠、鸡结果发现人类X染色体和狗的X染色体上的基因排列基本相同，不过相比之下，鼠类的部分X染色体片断有重排--而且在漫长的进化过程中，鼠类和人从其共同的祖先分化后，可怜的鼠类的X染色体上丢失了一段9百万碱基对的片断，彻底和人类划清了界限。 

最有趣的应该是人类X染色体和鸡基因组之间的比较。大多数人类X染色体短臂上的基因可以在鸡的1号染色体上找到，而大多数在人类X染色体长臂上的基因则可以在鸡的4号染色体上找到。这个发现支持了一种观点--即哺乳动物的XY染色体是从其祖先的一对常染色体进化而来。 

第二项研究是由NIH属下的国立综合医学科学研究院(生物通网站注：National Institute of General Medical Sciences)资助，专注研究X染色体上的基因的活性。杜克(Duke)大学和宾夕法尼亚州立大学的研究人员测定了40位妇女的X染色体上471个基因的活性。令人吃惊的是，结果表明每个女性的X染色体都有独特的基因表达模式！ 

45年前研究人员就发现女性一对X染色体中的一条上大多数基因都被关闭--这种修饰称为X-失活(生物通网站注：X-inactivation，)。这个机制能降低女性染色体上基因的表达，使之与只有单个X染色体的男性达到平衡--要注意男性的另一个Y染色体基因数目仅有可怜巴巴的78个左右，比X染色体少1000多个呢。一开始研究人员以为是整一条X染色体完全失活--或者说“沉默”，可是上世纪80年代末期研究人员发现这个“沉默”的染色体的部分基因依然是活跃的。 

最新的研究进一步揭开整个X连锁基因的详细情况。由于这种不完全的沉默--X-inactivation，X染色体上至少15%的基因依然在不同程度地表达蛋白，这使得女性体内的部分蛋白水平不同程度的高于男性。而且女性之间也有不同，一些女性还有另外10%的X连锁基因表达，也就是说这种两性之间差异可以高达25%。杜克大学的Huntington Willard博士表示，“我们现在知道两性之间有最多可达25%的X染色体基因的表达模式不同。这种表达模式的差异性可能是解释性别差异性的潜在原因之一 --包括从普通的性别差异，到复杂的疾病的差异。” 

为了更好的了解疾病与健康，仍然有许多工作需要继续。在2004年10月，国际人类基因组测序联盟(International Human Genome Sequencing Consortium)在Nature杂志上公布了对已经完成的人类基因组序列的详细描述。目前已经被详细注释和研究的人类染色体包括第5, 6, 7, 9, 10, 13, 14, 19, 20, 21, 22 和 Y染色体已经被详细注释和分析。对其余的染色体的详细研究即将开始。最新的X染色体序列信息，以及此前已经完成的测序数据可以在以下公共数据库中检索：

GenBank (www.ncbi.nih.gov/Genbank，NIH属下National Center for Biotechnology Information (NCBI) ; the UCSC Genome Browser (www.genome.ucsc.edu， the University of California at Santa Cruz) ; the Ensembl Genome Browser (www.ensembl.org，the Wellcome Trust Sanger Institute 和EMBL-European Bioinformatics Institute) ; the DNA Data Bank of Japan (www.ddbj.nig.ac.jp/); and EMBL-Bank (www.ebi.ac.uk/embl/index.html，European Molecular Biology Laboratory's Nucleotide Sequence Database).