Interrogating the importance of x-chromosome inactivation and reactivation for meiotic potential

Abstract

X-chromosome dosage compensation in female mammals is achieved through X-chromosome inactivation (XCI), where one X chromosome is epigenetically silenced to ensure dosage parity with male cells. During germline development, this silenced X chromosome reactivates before the onset of meiosis, however the exact requirements for this remain to be fully characterised. In this thesis, I investigate the significance of X-chromosome dosage regulation in the female germline using an in vitro approach. We generated a dual X-chromosome reporter mouse embryonic stem cell line with a knockout of Xist, the long non-coding RNA responsible for mediating XCI. Our results demonstrate that most cells fail to maintain two active X chromosomes upon exiting pluripotency, leading to either X-chromosome loss or cell death. However, a subset of primordial germ cell-like cells (PGCLCs) that survive this bottleneck with two active X chromosomes progress efficiently to meiosis prophase I. Additionally, we find that X-chromosome dosage significantly influences the transcriptomic and epigenetic landscapes of PGCLCs. These findings offer new insights into the epigenetic prerequisites for proper meiotic entry in female germ cells and underscore the critical role of X-chromosome dosage in germline development.

La compensación de la dosis del cromosoma X en mamíferos femeninos se logra a través de la inactivación del cromosoma X (ICX), un proceso en el que uno de los cromosomas X es silenciado epigenéticamente para garantizar la paridad de dosis con las células masculinas. Durante el desarrollo de la línea germinal, este cromosoma X silenciado se reactiva antes del inicio de la meiosis, aunque los requisitos exactos para este proceso aún no se han caracterizado completamente. En esta tesis, investigamos la importancia de la regulación de la dosis del cromosoma X en el contexto de la línea germinal femenina utilizando un enfoque in vitro. Generamos una línea celular de embriones de ratón con un doble reportero de cromosoma X y una deleción de Xist, el ARN largo no codificante responsable de mediar la ICX. Nuestros resultados demuestran que la mayoría de las células no pueden mantener dos cromosomas X activos al salir de la pluripotencia, lo que lleva a la pérdida del cromosoma X o a la muerte celular. Sin embargo, un subconjunto de células similares a las células germinales primordiales (PGCLCs) que sobreviven a este cuello de botella con dos cromosomas X activos progresa eficientemente a la profase I de la meiosis. Además, encontramos que la dosis del cromosoma X influye significativamente en las características transcriptómicas y epigenéticas de las PGCLCs. Estos hallazgos ofrecen nuevas perspectivas sobre los requisitos epigenéticos para la correcta entrada en la meiosis en las células germinales femeninas y demuestran el papel crucial de la dosis del cromosoma X en el desarrollo de la línea germinal.