帶你走進(jìn)神秘的長(zhǎng)鏈非編碼RNA.

1、帶你走進(jìn)神秘的長(zhǎng)鏈非編碼RNA長(zhǎng)鏈非編碼 RNA(lncRNA) 是一類轉(zhuǎn)錄本長(zhǎng)度超過200nt 的 RNA 分子，它們并不編碼蛋白，而是以RNA 的形式在多種層面上（表觀遺傳調(diào)控、轉(zhuǎn)錄調(diào)控以及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等）調(diào)控基因的表達(dá)水平。lncRNA 起初被認(rèn)為是基因組轉(zhuǎn)錄的“噪音” ，是 RNA 聚合酶 II 轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物，不具有生物學(xué)功能。然而，近年來的研究表明，lncRNA 參與了 X 染色體沉默，基因組印記以及染色質(zhì)修飾，轉(zhuǎn)錄激活， 轉(zhuǎn)錄干擾，核內(nèi)運(yùn)輸?shù)榷喾N重要的調(diào)控過程， lncRNA 的這些調(diào)控作用也開始引起人們廣泛的關(guān)注。哺乳動(dòng)物基因組序列中 4%9%的序列產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄本是lncRNA （相

2、應(yīng)的蛋白編碼RNA 的比例是1%），雖然近年來關(guān)于lncRNA 的研究進(jìn)展迅猛，但是絕大部分的lncRNA 的功能仍然是不清楚的。生物學(xué)功能許多 lncRNA 都具有保守的二級(jí)結(jié)構(gòu)，剪切形式以及亞細(xì)胞定位，這種保守性和特異性表明它們是具有功能的。但 lncRNA 的功能相對(duì)于 microRNA 和蛋白質(zhì)的功能來說更加難以確定，因?yàn)槟壳安⒉荒軆H根據(jù)序列或者結(jié)構(gòu)來推測(cè)它們的功能。根據(jù)它們?cè)诨蚪M上相對(duì)于蛋白編碼基因的位置，可以將其分為 (1) sense, (2)antisense, (3) bidirectional, (4) intronic, (5) intergenic這 5 種類型。這種

3、位置關(guān)系對(duì)于推測(cè) lncRNA 的功能有很大幫助。圖 1. 根據(jù) lncRNA 在基因組上的位置，可將其分為 5 種類型：1. sense, 2. antisense, 3. bidirectional, 4. intronic, 5. intergenic 。圖中編碼 RNA 和非編碼 RNA 外顯子分本別用藍(lán)色和紅色表示。近年來通過對(duì)已發(fā)現(xiàn)的lncRNA 的研究表明， lncRNA 能夠在多種層面調(diào)控基因的表達(dá)水平，其調(diào)控機(jī)制開始為人們所揭示（圖2）。圖 2. lncRNA 的作用機(jī)制。根據(jù)今年來所發(fā)現(xiàn)的lncRNA 的作用機(jī)制， lncRNA主要可能具有以下幾個(gè)方面的功能：1）通過在蛋白

4、編碼基因上游啟動(dòng)子區(qū)（桔）發(fā)生轉(zhuǎn)錄，干擾下游基因（藍(lán)）的表達(dá)（如酵母中的SER3 基因）。2）通過抑制RNA 聚合酶 II 或者介導(dǎo)染色質(zhì)重構(gòu)以及組蛋白修飾，影響下游基因（藍(lán)）表達(dá)（如小鼠中的p15AS）。3）通過與蛋白編碼基因的轉(zhuǎn)錄本形成互補(bǔ)雙鏈（紫），進(jìn)而干擾 mRNA 的剪切，從而產(chǎn)生不同的剪切形式。4）通過與蛋白編碼基因的轉(zhuǎn)錄本形成互補(bǔ)雙鏈（紫） ，進(jìn)一步在 Dicer 酶作用下產(chǎn)生內(nèi)源性的siRNA ，調(diào)控基因的表達(dá)水平。 5）通過結(jié)合到特定蛋白質(zhì)上， lncRNA 轉(zhuǎn)錄本（綠）能夠調(diào)節(jié)相應(yīng)蛋白的活性。 6）作為結(jié)構(gòu)組分與蛋白質(zhì)形成核酸蛋白質(zhì)復(fù)合體。7）通過結(jié)合到特定蛋白上，改變?cè)摰?/p>

5、白的胞質(zhì)定位。8）作為小分子 RNA ，如 miRNA ，piRNA 的前體分子轉(zhuǎn)錄（ Jeremy E. Wilusz et al, 2009, Genes Dev）.。一般來說， lncRNA 主要從以下三種層面實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控：1. 表觀遺傳學(xué)調(diào)控lncRNA 招募染色質(zhì)重構(gòu)復(fù)合體到特定位點(diǎn)進(jìn)而介導(dǎo)相關(guān)基因的表達(dá)沉默。例如來源于 HOXC 基因座的 lncRNA HOTAIR ，它能夠招募染色質(zhì)重構(gòu)復(fù)合體PRC2并將其定位到 HOXD 位點(diǎn)，進(jìn)而誘導(dǎo) HOXD 位點(diǎn)的表觀遺傳學(xué)沉默。同樣，Xist ，Air ，Kcnq1ot1 這些 lncRNA 都能夠通過招募相應(yīng)的重構(gòu)復(fù)合體，利用

6、其中的甲基轉(zhuǎn)移酶如 Ezh2 或者 G9a 等實(shí)現(xiàn)表觀遺傳學(xué)沉默。2. 轉(zhuǎn)錄調(diào)控lncRNA 能夠通過多種機(jī)制在轉(zhuǎn)錄水平實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)的沉默，表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面： lncRNA 的轉(zhuǎn)錄能夠干擾臨近基因的表達(dá)。例如在酵母中，SER3 基因會(huì)受到其上游 lncRNA SRG1 的轉(zhuǎn)錄的干擾；lncRNA 能夠通過封阻啟動(dòng)子區(qū)域來干擾基因的表達(dá)。 例如，DHFR 上游的一個(gè) lncRNA 能夠和 DHFR 的啟動(dòng)子區(qū)域形成 RNA-DNA3 螺旋結(jié)構(gòu)，進(jìn)而抑制轉(zhuǎn)錄因子 TFIID 的結(jié)合，從而抑制 DHFR 的基因表達(dá)； lncRNA 能夠與 RNA 結(jié)合蛋白作用，并將其定位到基因啟動(dòng)子區(qū)從而調(diào)控基

7、因的表達(dá)。 例如，CCND1 啟動(dòng)子上游一個(gè)lncRNA 能夠調(diào)節(jié) RNA 結(jié)合蛋白 TLS 的活性，進(jìn)而調(diào)控 CCND1 的表達(dá)；lncRNA 能夠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的活性，里例如 lncRNA Evf2 能夠與轉(zhuǎn)錄因子Dlx 2 形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合體從而激活Dlx6 的表達(dá)； lncRNA 也能夠通過調(diào)節(jié)基本轉(zhuǎn)錄因子來實(shí)現(xiàn)調(diào)控基因的表達(dá)。例如，AluRNA 能夠通過抑制RNA 聚合酶 II 來實(shí)現(xiàn)廣譜的基因抑制。3. 轉(zhuǎn)錄后調(diào)控lncRNA 能夠在轉(zhuǎn)錄后水平通過與mNRA 形成雙鏈的形式調(diào)控基因的表達(dá)。 例如，Zeb2 antisense RNA能夠和 Zeb2 mRNA 內(nèi)含子 5剪切位點(diǎn)區(qū)域形成雙

8、鏈， 從而抑制該內(nèi)含子的剪切。而該區(qū)域含有對(duì)于Zeb2 蛋白表達(dá)所必須的核糖體結(jié)合位點(diǎn)， Zeb2 antisense RNA通過這種方式，能夠提高Zeb2 蛋白的表達(dá)量。LncRNA 與疾病大量的研究表明，在腫瘤細(xì)胞中，某些特定的lncRNA 的表達(dá)水平會(huì)發(fā)生改變。這種表達(dá)水平的變化能夠作為癌癥診斷的標(biāo)志物 （有時(shí)是非常靈敏的診斷標(biāo)志物，如前列腺癌中的DD3 ，表 1）和潛在的 藥物靶點(diǎn) （圖 3）。圖 3 近來在對(duì)阿茲海默癥的研究中找到的一個(gè)lncRNA ，BACE1AS ，它編碼 分泌酶基因的反義鏈RNA。 分泌酶能夠產(chǎn)生 淀粉樣蛋白，后者的累積是阿茲海默癥的主要誘因。作為BACE1 反

9、義鏈的 BACE1AS 能夠在各種外界壓力刺激條件下，增加BACE1 mRNA 的穩(wěn)定性（通過防止BACE1 受到核酸酶降解的方式），從而導(dǎo)致更多的 淀粉樣蛋白累積，并促進(jìn)BACE1AS 的表達(dá)，這個(gè)正反饋循環(huán)將會(huì)加速阿茲海默癥的發(fā)展。但是，當(dāng)使用了特異性針對(duì)BACE1AS 的siRNA 降低 BACE1AS 的表達(dá)水平后， 淀粉樣蛋白的表達(dá)水平也同時(shí)下降了，這表明 BACE1AS 是一個(gè)非常理想的治療阿茲海默癥的藥物靶點(diǎn)（Mohammad AliFaghihi, et al. 2008. Nature Medicine）。表 1. 與疾病相關(guān)的一些 lncRNA(Kannanganattu

10、V. Prasanth, et al. 2007. GenesDev.)LncRNAs疾病類型 Disease/disorder 參考文獻(xiàn)與癌癥相關(guān)的 lncRNABC1多種癌組織中均發(fā)生上Chen et al. 1997a;調(diào)Iacoangeli et al. 2004BCMSB細(xì)胞瘤Wolf et al. 2001DD3前列腺癌Bussemakers et al. 1999H19肝癌和乳腺癌Looijenga et al.1997;Lottin et al. 2002HIS-1骨髓性白血病Askew et al. 1994HOST2卵巢癌Rangel et al. 2003MALAT-1非

11、小細(xì)胞肺癌，肝癌等Ji et al. 2003; Linet al.2006; Yamada eta al. 2006NC612前列腺癌A.P. Silva et al. 2003OCC1結(jié)腸癌PCGEM1前列腺癌SRA乳腺癌與神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)的lncRNABC200阿茲海默癥DISC2精神分裂癥IPWPrader-Willi綜合癥PSZA11q14精神分裂癥RAY1/ST7自閉癥ZNF127ASPrader-Willi 綜合癥與其它類型疾病相關(guān)的lncRNAPibouin et al. 2002Srikantan et al. 2000Lanz et al. 1999Lukiw et al.

12、 1992Millaret al. 2000, 2004;Blackwood et al. 2001Wevrick et al. 1994Polesskaya et al. 2003Vincent et al. 2002Jong et al. 199922k48COPG2IT1DGCR5H19DiGeorge 綜合癥Pizzuti et al. 1999Russell-Silver 綜合癥Yamasaki et al. 2000DiGeorge 綜合癥Sutherland et al. 1996Beckwith-Wiedemann 綜Sparago et al. 2004合癥LIT1Beckwith-Wiedemann綜Niemitz et al. 2004合癥MESTIT 1Russell-Silver 綜合癥T