来自德克萨斯大学西南医学中心的Eric Olson和同事们在分析梳理肌肉特异性的长链非编码RNAs(lncRNAs)以了解它们的功能时，发现了一种在骨骼肌中特异性表达的lncRNA。尽管这一RNA以往被归类为是非编码RNA，它的序列中包含的一小段却看上去好像一个编码区域。这一研究发现发布在《细胞》（Cell）杂志上。微肽lncRNAs是一类转录本长度超过200nt的RNA分子，缺少特异完整的开放阅读框，无蛋白质编码功能的RNA，在总非编码RNA(ncRNA)中占有相当大的比例。lncRNA起初被认为是基因组转录的“噪音”，不具有生物学功能。然而，近年来的研究表明，实际上lncRNA以RNA的形式在多种层面上（表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等）调控了基因的表达水平。但直到现在人们还普遍认为lncRNA不会编码任何蛋白质。研究人员证实在体内这一lncRNA编码了一个包含46个氨基酸的微肽，他们将之命名为myoregulin。Myoregulin形成了在结构上与表达于心肌和慢收缩骨骼肌中的另外两种小蛋白：phospholamban (PLN)和sarcolipin (SLN)相似的一种跨膜α-螺旋。调控因子肌质网(SR)通过钙离子释放通道家族-兰尼碱受体(Ryanodine Receptors, RyRs)来释放Ca2+控制了肌肉收缩。肌质网中Ca2+量受到肌质网膜中SERCA家族Ca2+-ATP酶的控制。SERCA膜蛋白负责将Ca2+泵出细胞质及泵入到肌细胞一些区室中帮助了肌肉放松。PLN和SLN通过抑制SERCA的活性，限制Ca2+储存量由此调控肌肉收缩。Olson 说，Myoregulin也可以抑制SERCA，这为在通常不表达PLN和SLN的组织中肌肉响应钙提供了一个“调光开关”。除去这一调控因子可以提高运动能力； myoregulin敲除小鼠比野生型小鼠跑动的时间延长了31%。搜寻并非所有的lncRNAs都会编码小蛋白，但“毫无疑问一些错误解读的lncRNAs编码了大量的微肽，”Olson说。耶鲁大学医学院的Antonio Giraldez说：“发现myoregulin的功能与PLN和SLN相似敲响一记警钟。我们需要更多地去查看这些非编码RNAs中的一些保守区域或是寻找翻译区域。”非编码RNA也编码此外，不久前来自法国的研究人员也在Nature杂志上报告称，发现了生成miRNAs的酶切割前体转录物初级miRNAs (pri-miRs)编码了促进它们的miRNAs生成的肽。这是第一份研究报道证实一个pri-miR编码了一种功能肽，由此从全新的视角认识了pri-miR区域除直接生成miRNAs之外的重要功能，阐明了基因调控的一个新层次。这些研究对传统RNA的分类提出了挑战，表明了有必要继续寻找有可能是由被视作为是不编码的序列编码生成的一些功能上重要的短蛋白质或“微肽”。温馨提示：点击阅读原文可查看相关参考文献等更多内容。　
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2015年12月份共批准药品上市申请13件，其中，国产化学药品8件，生物制品2件；进口化学药品2个，体外诊断2012年，《Nature》期刊曾发表过一篇文章显示，HIV病毒在同性中的感染率从2005年前的0.3%上升日前，顶级期刊Cell杂志推出了“Best of Cell 2015”合集，据悉这是“Best of Cell”系列的第4期。本文为大家介绍入选的4篇综述。～15日，备受全球医药企业及投融资机构关注的第34届JP摩根健康大会在美国旧金山举办，此次大会最引人瞩目的团队莫过于新药产业的“阿里巴巴”——药明康德所举办的第四届全球论坛（WuXi Global Forum）。本文系生物探索原创，欢迎个人转发分享。其他任何媒体、网站如需转载，须在正文前注明来源生物探索。本周的Science 和Nature相继报道科研人员从距今5000多年前的冰木乃伊中提取了最古老的病原体全基因组。该研究登载在1月7日的Science上。据正大天晴药业集团股份有限公司官网报道，近日，正大天晴业集团与美国强生制药公司签署独家许可协议，将一款治疗肝近期，糖尿病个性化细胞治疗又向前迈了一步。1月6日，发表在Nature Communications上的一项如同新药上市一般，专利到期也是医疗行业的生命周期的一部分。根据EP发布的数据，2016年部分公司的专利到期远全球为了努力减少对化石燃料的依赖和和对气候变化的影响；对生物乙醇，生物燃料，以及其它生物衍生的商品需求增加。根据Fiercebiotech网站近日的报道，2015年全球生物制药产业依旧繁荣一片，数以亿记美元的IPO、由于涉及高科技，又只需要少量血样即可对被检者进行DNA分析，基因检测成了一个时髦的词。想看看自己有没有易病基回顾事件日，安徽食品药品监管局在对安徽友信药业有限公司开展药品GMP跟踪飞行检查时遭遇企生物探索编者按日前，在《Science》的2016年20大技术预测中，人类嵌合体的研究被列入其中，预测指出将12月30日，Cell对2015年科学家和工程师们的工作进行了总结，并评选出其中五个改变世界级的重大突破，其中生物医药领域包括能递送疫苗的补丁和免疫矩阵。1药学——永不衰落的朝阳产业随着世界经济的发展、生活环境的变化、人们健康观念的转变以及人口老龄化进程的加快等在《人口与计划生育法》最终表决稿中，“禁止买卖精子、卵子、受精卵和胚胎，禁止以任何形式实施代孕”的整条内容，均被删除。2015年，专技人员职称改革迎来重大突破，一批职业资格在简政放权中得到清理规范，实施了30年的博士后制度又出美国时间12月28日，《PNAS》杂志在线发表了植入前胚胎遗传学诊断的新成果，该研究由北京大学谢晓亮、乔杰、题记：一般认为对新老年的盘点和展望有利于同道的共勉与进取，因此贺林院士借用年末时分为15年和16年的驰骋时光全国政协副主席、中国科协主席韩启德院士，国家自然科学基金委员会副主任沈岩院士，教育部科技司副司长雷朝滋同志，美国时间12月28日，《PNAS》杂志在线发表了植入前胚胎遗传学诊断的新成果，该研究由北京大学谢晓亮、乔杰、早在1998年，中国就参照国际标准首推GMP认证，对企业从厂房到地面、设备、人员和培训、卫生、空气和水的纯化谈及住院，可能会有人皱眉，仿佛已经闻到医院长廊常年弥漫着刺鼻消毒水的酸味，记起暴露在病房里其他病友家属面前的12月28日，安科生物发布公告称，公司拟投资人民币2000万元增资博生吉医药科技（苏州）有限公司，增资完成后12月9日，《Reproductive Biology and Endocrinology》杂志报道了辅助生无论是制药公司还是生物技术公司，药物发现和开发是其商业化长征的关键第一部。随着越来越多的患者症状和综合征被诊很多人都因为给种各样的原因而吃某些止痛药的经历，比如牙疼或者关节炎引起的关节疼痛。笔者本人依然清晰记得因为牙每年12月，Nature都会对2015年进行一个全方位的盘点，其中包括了年度人物、年度科学事件、年度图片等。鉴于常染色体非整倍体无创产前筛查的准确性和安全性，NIPT在21、18及13三体综合征筛查领域中的应用日渐广随着“健康中国2020”、“中国制造2025”等国家计划的实施，以及国家医改、药品医疗器械审评审批制度改革的biodiscover关注前沿生物技术，探索成功商业模式热门文章最新文章biodiscover关注前沿生物技术，探索成功商业模式[转载] 王MM关于长非编码RNA工作的评论
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& &刚看到一篇写得很好的评论，所以征得同意之后转载一下：========================================================================《Cell Metabolism: 》成果杂想王秀杰 &中国科学院遗传与发育生物学研究所 & &2015 年3 月 3 日，一个关于lncRNA在调节肝脏脂代谢中发挥作用的工作在代谢领域的权威杂志《Cell Metabolism》上发表。该文章是中国科学家与美国NIH肺与血液研究所的科学家合作完成的，其中关于lncRNA 的发现与功能预测相关的生物信息分析工作，主要是由中国科学院计算研究所的赵屹研究组完成的。 & &LncRNA是近年来才受到关注的一类具有调节功能的非编码RNA，其长度与编码蛋白的mRNA类似，而之前关于非编码RNA的研究则主要集中在microRNA、piRNA、snoRNA 等长度较短的非编码RNA。赵屹研究组在中国是较早从事lncRNA研究的课题组，之前和陈润生院士一起开发过NONCODE、ncFANs 等长非编码RNA研究的资源数据库与工具，并被ScienceWatch等栏目关注，获得了广泛的使用和好评。 & &关于lncRNA的系统发现，主要有两种方法，通过基因芯片中对应非蛋白编码区探针的表达信号进行识别，和通过高通量RNA-Seq测序技术检测来自非蛋白编码区的转录本。上述工作应用基因芯片检测的方法，首先发现了在小鼠肝脏中特异表达的3个lncRNA。接下来通过检测小鼠禁食和恢复饮食过程中lncRNA的表达情况，从这3个lncRNA中筛选到一个在禁食后表达显著降低，而恢复饮食后表达也随之恢复，也就是与小鼠体内的能力水平相关的lncRNA，lncLSTR。这个实验的设计还是很巧妙的。现在关于lncRNA发现的研究很多，但具体能够解析lncRNA功能的工作较少，很多工作仅做个lncRNA的表达谱或找到差异表达的lncRNA后就无法深入了。造成这种现象的一个重要原因就是研究人员对功能检查研究还不够熟悉，找不到合适的条件去筛选某些功能相关的lncRNA。所以这个工作给了生物信息研究人员一个很好的启示，要多关注生物学问题和调控机理，多和生物学家交流或合作，这样有利于研究工作的深入。 & &文章接下来用多种实验系统全面地证明lncLSTR在肝脏调节脂代谢中的作用，由于主要是实验方面的工作，这里不做赘述。但是有了功能发现如何解析分子机制？这方面生物信息学分析又给出了漂亮的答案。通过对NCBI GEO数据库中不同条件下芯片数据的综合分析，赵屹研究组发现参与多个代谢调控通路的基因都与lncLSTR的表达相关，并且进一步发现胆汁合成的一个重要限速酶（Cyp8b1）的表达与lncLSTR的表达正相关，很有可能是lncLSTR下游的靶基因。这个推测被后继的实验所证实，并且完成了lncLSTR通过结合TDP-43而阻止TDP-43与Cyp8b1启动子的结合，进而解除TDP-43对Cyp8b1的转录抑制这一分子机制的解析。只可惜目前还没有在人类细胞中找到lncLSTR的同源序列，不知人类细胞中是否存在同样的lncRNA，或者存在序列不同但行使同样功能的lncRNA。& & &目前关于lncRNA的功能研究还大多是在细胞水平开展的，动物水平的工作较少。这篇文章完成了小鼠肝脏中特异表达的lncRNA的发现、功能鉴定和分子机制解析，系统、漂亮，是生物信息学和实验生物学的一个完美结合，也代表了未来生命科学研究的一个趋势。从文章的投稿日期看，从投稿到接收经历了将近8个月的时间，也算比较艰辛，不知之前是否还尝试过其他更高水平的杂志，如果这一功能在人的肝脏中得以验证，应该一定可以在CNS杂志发表了。做科研的，甘苦自知，每次投稿过程的历练也是对自身水平的又一次提高，就像火凤凰在涅槃中的升华。 & &关于lncRNA的研究领域，亟待回答的问题还有很多。一个非常重要的就是lncRNA的结构如何，又是如何影响其功能的。几年前笔者就这个问题请教过从事结构生物学研究的老师，答案是有很大的技术限制，不容易做。日的Science杂志发表了哈佛大学庄小威教授实验室开发的以单分子成像为基础的MERFISH技术，该技术可以同时对细胞内100-1000种RNA分子进行表达量和定位的检测。虽然MERFISH技术还没有解决RNA分子结构的问题，但已经把RNA分子功能的方法推进了一大步。希望这个技术在庄小威教授的不断发展下能够最终摘取诺奖的桂冠！
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淘豆网网友近日为您收集整理了关于长非编码RNA 研究进展的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：长非编码 RNA 研究进展*陈晓敏张栋栋骆健俊陈润生**(中国科学院生物物理研究所,中国科学院核酸生物学重点实验室,北京 100101)摘要长非编码 RNA 是指一类长度大于 200 个核苷酸、不编码蛋白质的非编码 RNA. 越来越多的研究表明,人类基因组中高达 90%的非编码蛋白质的区段同样具有重要作用,而不是所谓的“转录噪声”. 针对长非编码 RNA 的功能研究表明,其在转录起始的调控、转录及转录后的调控中均发挥着重要作用,因而影响着各种各样的生物学过程. 本综述围绕近几年长非编码 RNA 的研究成果,总结了长非编码 RNA 的起源与进化、新型的长非编码 RNA 类型、典型的长非编码 RNA 作用机制以及长非编码 RNA 在发育与细胞重编程过程中的研究,同时也概述了长非编码 RNA 与表观遗传调控和癌症的关系以及长非编码 RNA 研究的相关技术. 系统发现长非编码 RNA 并阐明其功能机制,将对现代生命科学具有重大的意义.关键词长非编码 RNA,作用机制,发育与细胞重编程,表观遗传调控,研究技术学科分类号 Q52 DOI: 10.3724/SP.J.294生物化学与生物物理进展Progress in Biochemistry and Biophysics): 997~1009* 中国科学院战略先导项目(XDA)和国家高技术研究发展计划(863)( 和 )资助项目.** 通讯联系人.Tel: 010-, Fax: 010-, E-mail: chenrs@sun5.ibp.收稿日期:,接受日期:近年来非编码 RNA 的研究持续升温. 从 1999年开始到 2010 年的 12 年间有 6 年,非编码 RNA相关研究成果都入选美国《科学》(Science)杂志的年度十大科技突破. 特别是 2010 年 12 月 17 日《科学》杂志在评选进入 21 世纪后第一个 10 年的十大科学突破时,非编码领域被放在了第一位.2004年,Science 以“隐蔽的 DNA 宝藏”为题,指出在占人类基因组 90%以上的所谓“无用 DNA”(junkDNA)序列中可能暗藏着大量的 DNA 调控元件、转座子和非编码 RNA 基因. 2012 年,“人类DNA 元件百科全书计划(ENCODE)”的最新结果表明[1],大约 80% 的 DNA 序列都能转录成 RNA.数目巨大、种类繁多的非编码 RNA 占细胞总 RNA的绝大部分. 这些非编码 RNA 无处不在,而且参与了包括从干细胞维持、胚胎发育、细胞分化、凋亡、代谢、信号传导、感染以及免疫应答等几乎所有生理或病理过程的调控. 由此可见,非编码RNA 的发现及其调控功能、机理的阐明,对现代生命科学具有重大的意义.由于非编码 RNA 种类繁多,本文不再讨论已被学界广为了解的 rRNA, tRNA, 微 RNA(miRNA),Piwi 蛋白相作用的 RNA(piRNA),小干扰 RNA(siRNA),核内小 RNA(small nuclear RNA,snRNA) 以及核仁小 RNA (small nucleolar RNA,snoRNA),主要讨论长非编码 RNA(lncRNA)近年来的发展. 国际上普遍认为的长非编码 RNA 是指长度大于 200 个核苷酸的 RNA 转录本,以 200 个核苷酸划界是基于 RNA 的分离与提取程序[2]. 我们认为如果以 100 个核苷酸划界可能与 RNA 的结构与功能联系更紧密,短于 100 个核苷酸的 RNA不易形成稳定的空间结构,因此是依靠碱基配对为主行使功能的,当 RNA 长于 100 个核苷酸时它们可能折叠成稳定的空间结构,从而依靠生物大分子空间结构的相互作用发挥功能.在以前的工作中我们也曾提出过中等长度的非编码 RNA 的概念,它们是指长度介于 50~500 个核苷酸的 RNA[3].长非编码 RNA 在转录水平参与了基因的表达调控,在转录后水平参与了信使 RNA 的编辑与加工,参与了翻译调控,参与了基因组的重构,参与了表观遗传调控、印迹调控和端粒系统的调控等,生物化学与生物物理进展 Prog. Biochem. Biophys. )其自身还可能成为核酶或核糖开关.由于长非编码RNA 多样的生物学功能,科学家对其作用机制也提出了很多新的假说,如:长非编码 RNA 通过与蛋白质、RNA 和 DNA 相互作用形成各种模块来行使生物功能[4];长非编码 RNA 是细胞地址码的关键组分[5];非编码 RNA 是细胞内和细胞外的信号分子[6]等.随着非编码 RNA 的不断发现,国际上也出现了一些重要数据库来搜集相关信息为研究者使用,如:NONCODE[7-8]、Y2K[9]等. 本文将就长非编码RNA 近年的发展做一综述.1 长非编码 RNA 概述1.1 非编码 RNA 研究历史非编码 RNA 研究的发展源于科学界对基因组中非编码序列的认识(图 1). 早在 20 世纪 70 年代科学家们就注意到了非编码序列,并将其称为“junk DNA”[10-11].其实,当时科学家就猜测“junkDNA”并不是垃圾,应当具有生物功能. 从 20 世纪 70 年代就发现了来自非编码序列的转录本,如:不均一核 RNA (heterogeneous nuclear RNA,hnRNA),80 年代又发现了核内小 RNA (snRNA)和核仁小 RNA(snoRNA),这说明基因组中的非编码序列是有信息发放的,它们应当具有生物功能.而真正对非编码序列及其转录产物的全面认识是始于20 世纪 90 年代启动的“人类基因组计划”,这一计划导致测定了很多物种的完整基因组序列,从而了解了基因组中非编码序列的组成与结构[12]. 进入21 世纪以后, 随着转录组研究的开展以及ENCODE 计划的实施,发现 75%的人类基因组序列都有转录出的非编码 RNA,这远比编码蛋白质的信使 RNA 多很多. 几年前,日本的遗传研究所(RIKEN)在小鼠中获得了约 180 000 个全长的 RNA转录本,其中编码蛋白质的转录本仅有约 20 000个,其余约 160 000 个转录本全部归属于非编码RNA[13]. 与此同时,一些有代表性的功能非编码RNA 分子(如 H19、Xist、lin-4、let-7、AIR)以及大量的 miRNAs、piRNAs 相继被发现. 这样,一个崭新的、巨大的非编码核酸的世界就展现在了人们的面前.Fig. 1 The rise of regulatory RNA[2]图 1 功能 RNA 的研究发展历程[2]58 69 82 92 98 1 04 07 10 % of sense transcripts found tohave antisense counterparts, someof which show functionOne gene-one enzymehypothesisproposedCrick proposesthe centraldogmahnRNAsdiscoveredRNAi describedin plants andanimalslin-4 miRNAdiscoveredXist ncRNAdiscoveredTransgenesilencingobserved inplants()Self-splicingcatalytic RNAsdiscoveredChromosomalRNAs(that is,hnRNAs) shownto be functionalwithout makingproteinTSIX(antisensetranscriptto XIST)describedSmall RNA foundto be requiredfor PTGS inplantsRNA-directed DNAmethylationobserved in plantsRegulatory RNAsproposed to be centralto animal evolutionand developmentDouble helicalstructure of DNAdescribedmRNA confirmed asintermediate betweenprotein and DNAJacob and Monodspeculate that the lacrepressor is an RNAModel proposedfor RNA actingas intermediatein generegulationIntronic ncRNAelementsdefinedTransgene silencinglinked to antisense RNAH19 ncRNA discoveredlet-7 miRNAdiscoveredLarge numbers ofncRNAs first reportedin animalsAIR antisenseRNA found tobe involved inimpritingAntisense RNA-mediated TGSshown torequire DNMT3A, EZH2 and HDAC1AGO1 and AGO2found to beinvolved in RNA-directed TGS inhuman cellsncRNAs found to beinvolved in trithoraxregulationLong antisense RNAs foundto ically regulatetheir sense counterpartslncRNAs shown to interactwith trithorax and activatedchromatinHundreds of lncRNAsshown to have specificexpression in the brainPseudogene-encodedlncRNAs foundto regulateprotein-codinggenesEnhancerRNAs shownin oestrogen-dependenttranscriptionalactivationDicer describedin RNAiRNAi-mediated PTGSfound to be functionalin human cellsRegulatory worksproposed to ic processesDroshadescribedin miRNAprocessingpiRNAs describedLarge numbers oflncRNAs confirmedin mammalsSmall RNAs shownto icallycontrol transcriptionin human cellsAGO2 found todirect catalysis inRNAi mammalsENCODEreports that~80% of thegenome istranscribingtranscribingncRNAsLong antisense RNAsshown to directvernalization in plantsPRC2 found tointeract with a largenumber of lncRNAstiRNAs reported attranscription startsites in mammalsHOTAIR shownto have a role indevelopmentand associatewith bgroup proteinsDiscovery of the CRISPR system ofbacterial RNA-based defence998 陈晓敏, 等:长非编码 RNA 研究进展)Fig. 2 Possible origins of lncRNAs[17]图 2 长非编码 RNA 可能的起源类型[17]1.2 长非编码 RNA 的起源与进化长非编码 RNA 是一种普遍的转录产物还是功能元件,起初非常具有争议性,它们在模式生物之间序列保守性差、表达量低,导致被猜测可能是由于一些低保真性聚合酶产生的转录本,而并不具有真正的功能[14].然而这种猜测被越来越多的深度测序分析所排除.首先,长非编码 RNA 的启动子区域以及剪切位点与蛋白编码基因具有一定相似性[15]. 其次,尽管序列保守性相对 mRNA 较低,长非编码 RNA 发挥作用可能并不是依赖于严格的序列上的保守性,而是依靠二级空间结构[16].虽然目前确定的长非编码 RNA 大量涌现,但绝大部分长非编码 RNA 在生命活动中的具体调控机制与功能模式仍需进一步的研究.由于长非编码 RNA 的保守性相对较低,目前普遍认为长非编码 RNA 的来源与进化可能存在以下 5 种机制:a. 蛋白编码基因的阅读框发生破坏而被转换成一个有功能的非编码 RNA(图 2a),比如 Xist 的起源,Xist 的几个外显子与启动子区域被认为来源于蛋白编码基因 Lnx3 因转座子插入引起的阅读框突变.b. 来源于染色体重排,两个不转录且相互远距离分离的序列区域发生并排而产生了一个多外显子的非编码 RNA(图 2b). 例如狗的一个非编码 RNA 就是来源于此种序列谱系演变(EST序列 BM537447、C0597044 和 DN744681).c. 非编码基因可以通过反转录转座形成另一个有功能的非编码逆转录基因,或者另一个无功能的非编码逆转录假基因(图 2c).d.有的非编码 RNA 含有的邻近重复序列可能来自于其中一个序列的两次随机复制(图 2d).e.某个序列插入一个转座子(绿色部分)而形成一个有功能的非编码 RNA(图 2e)[17]. 既然RNA 在进化上是蛋白质的先驱,长非编码 RNA 介导的转录调控很可能是一种古老的基因表达调控机制[18].研究发现,中枢神经系统中长非编码 RNA 表达量与进化复杂性成正相关.转录组分析显示,脑中存在大量灵长类和人类特异表达的长非编码RNA,而这些特异性表达的长非编码 RNA 在脑发育过程中通常是瞬时表达的,具有发育阶段的特异性[19-20]. 与编码基因相比,长非编码 RNA 具有更快的进化速度,如 HAR1A,这些发现进一步证实长非编码 RNA 在脑的进化尤其是在脑认知和行为方面起到关键的调控作用[21-22]. 相反,在脑中还存在一类从鸟类到哺乳动物都保守表达的长非编码RNA,他们具有相似的时空表达方式[23].这类长非编码 RNA 通常是由超保守区(ultraconserved regions,UCRs)的 DNA 转录,与调控发育的关键基因有重叠或者是其互补序列. 这一类型的长非编码 RNA可以作为分子支架募集特定的蛋白从而调控周围基因的表达[24].1.3 新型长非编码 RNA长非编码 RNA 的发现与鉴定需要多种来源、类型的数据,需结合 RNA-seq 数据、组蛋白 H3 第4 位、第 36 位赖氨酸***化水平、转录起始位点、poly(A)位点等. 判定一新的转录本是否是非编码RNA,目前比较可行的办法也只能采用排除法去排除该转录本编码功能蛋白的可能.真正的编码蛋白的基因通常具有以下几个特征,可以当成区分mRNA 与长非编码 RNA 的标准:a. 编码区域通常比随机期望的长度更长;b. 功能开放读码框中的核苷酸使用频率多使用非随机选取的编码子;c. 在进化进程中,选择性压力倾向于编码序列中的核苷酸替换;d. 蛋白编码基因通常包含已知的蛋白结构域;e. 编码区域通常能找到与数据库中匹配的序列信息.上述描述的蛋白编码潜力预测标准如果分开单独使用都会存在局限性.将其中几项结合起来考虑就能比较好地从长非编码 RNA 中排除具蛋白编码能力的转录本[25].除了传统的长非编码 RNA 以外,近几年来,又发现了几类新类型的长非编码 RNA,主要包括(a)(b) (c)(d)(e)伊310 Mb+999 生物化学与生物物理进展 Prog. Biochem. Biophys. )增强子 RNA,竞争性内源 RNA,环形 RNA,以及反向长非编码 RNA.增强子 RNA(eRNA)是一类从增强子区域转录出的长度从几百碱基到数千碱基不等的非编码RNA. 在小鼠神经元中,已经检测到超过 12 000个增强子,其中有 2 000 个能结合 RNA 聚合酶域,并双向转录出长的且多数为不含 poly(A)尾巴的非编码 RNA[26]. 增强子 RNA 具有类似增强子的功能,能够跨越染色体,激活远端的启动子,并在一定程度上调控编码基因的组织特异性表达.在小鼠巨噬细胞中,核受体转录因子 Rev-Erb 蛋白在转录调控区域的结合主要通过抑制增强子 RNA 的转录来抑制靶基因的表达[27].与 Rev-Erb 的抑制功能相反,在人类乳腺癌细胞中,雌激素受体(ERs)激活了基因表达,不过和 Rev-Erb 一样,它们主要也是通过结合增强子控制增强子 RNA 增高来发挥功能[28].最近的研究发现,基因内部的增强子还有可能被作为可变的转录起始位点,这些增强子区域在产生大量的、短的、双向的、没有 poly(A)尾巴的转录本的同时,还可以转录出由多个外显子构成的、长的、带 poly(A)尾巴的增强子 RNA, 这种RNA 也被称为多外显子增强子 RNA(meRNA)[29].通过调控增强子 RNA 的表达去影响受增强子 RNA调控的靶基因的表达,将是改变活细胞中基因表达的一条新途径.近来,Pandolfi 等[30]提出了竞争性内源 RNA(ceRNA)调控基因表达的假说,认为竞争性内源RNA 活性能形成一种大规模转录调控网络,扩大人类基因组中的功能性遗传信息,并通过 miRNAs应答元件,作为 mRNAs 转录假基因,以及长非编码 RNAs 相互“交流”的新语言.Pandolfi 等还认为 ceRNA 活性也在病理条件,比如癌症中扮演了重要角色,这对于解开一些癌症研究之谜具有非常重要的意义.最近,一些学者提出了环状 RNA 充当分子“海绵”,结合并封闭了称作 miRNAs 的微小基因调控子的一种作用模式. 这一重要发现再次提醒人们:RNA 并不仅仅是 DNA 与编码蛋白之间的一个平凡信使.Hansen 等[31]发现一环状 RNA 的表达阻断了 miR-7,它使得 miR-7 活性受到抑制,miR-7靶基因表达增高,并由此推测这是因为这一 RNA环捕获和失活了 miR-7.在斑马鱼中,表达这一环状 RNA 或敲除 miR-7 可以改变大脑发育[32]. 研究表明,环状 RNAs 也可能是细胞外 miRNA 的海绵,具有病毒 miRNAs 的结合位点,从而破坏免疫应答.反向长非码编 RNA(antisense long non-codingRNA)是指由已知的蛋白编码基因或者非编码基因的反义链转录的产物.随着二代测序技术以及全基因组分析技术的发展,发现人类基因组已注释的转录产物中 30%具有反向转录产物[33].反向长非编码RNA 表达丰度都比较低,一般是其正向转录本表达量的 1/10.与蛋白编码基因相比,反向长非编码RNA 主要分布于细胞核. 其转录来源,可能是与其正向转录本共同使用一个双向启动子,也可能具有其独立的启动子,发挥功能的方式有两种:一种是其转录本身这个过程,另一种是以成熟转录物发挥作用. 大家熟知的 Xist 和 ANRIL 是典型的反向长非编码 RNA.随着单细胞测序技术以及生物信息学的发展,加上 ENCODE 计划对于人类遗传信息的解读注释,必将会对更多的占有人类基因组 98%的非编码转录产物有更深入的认识和功能发现.2 长非编码 RNA 的功能长非编码 RNA 是具有功能的转录本,而不是转录噪声.越来越多针对长非编码 RNA 的功能研究表明其在转录起始的调控、转录及转录后的调控中发挥着重要作用,因而影响着各种各样的生物学过程,比如,剂量补偿、基因印迹、细胞周期、发育、配子形成等过程[34].通过募集染色质修饰复合物如多梳抑制复合物域(PRC2),长非编码 RNA 给非特异的酶活性提供了一种基因特异的靶向机制,尽管多数功能已知的长非编码 RNA 抑制基因活性,最近的一些研究包括来自 GENCODE 的数据都发现了许多长非编码 RNA 也可以激活基因的表达,如增强子 RNA[35].RNA 测序数据尤其是多物种间的长非编码 RNA 数据分析比较结合最近的整合研究显示,长非编码 RNA 的功能并不单单取决于其分子大小、有无 poly(A)尾巴、剪切、转录方向甚至链特异性,长非编码 RNA 在基因组中与靶基因的相对位置等结构信息也是影响其功能的一个不可忽视的基本重要因素[36].2.1 长非编码 RNA 实现生物功能的分子机制越来越多的研究表明长非编码 RNA 的异常调控广泛参与了生物学的多种功能,比如最早报道的与印迹相关的 Xist RNA,以及 HOTAIR.Xist 基因的 5忆端编码一个非编码 RNA-RepA,RepA 可以1000 陈晓敏, 等:长非编码 RNA 研究进展)2.2 长非编码 RNA 与 microRNA 的相互作用通过与其他生物大分子(DNA、RNA 以及蛋白质)发生相互作用,非编码 RNA 能在多层面上影响基因的表达调控,包括染色质重塑、转录、mRNA前体剪切、mRNA 周转、mRNA 翻译以及蛋白质的稳定性[42]. 过去 10 多年的研究也已经开始揭示与 PRC2 结合,大量组蛋白被***化,最终导致 X染色体失活[37]. 此种 Xist RNA 介导的剂量补偿,即基于 Xist RNA 表达的整条 X 染色体沉默机制,平衡了雄性 XY 染色体和雌性 XX 染色体之间 X连锁基因存在的剂量差别[38].HOTAIR 是最早发现与肿瘤转移相关的长非编码 RNA 之一,在原发和转移乳腺癌中均高表达,高表达的 HOTAIR 与肿瘤侵袭、转移和患者预后不良密切相关.典型的长非编码 RNA 作用分子机制可以概括如下[39](图 3):2.1.1 长非编码 RNA 作为信号分子多数长非编码 RNA 由 RNA 聚合酶域转录产生,长非编码 RNA 的表达具有细胞类型特异性并且受多种刺激调控,暗示着他们的表达受转录调控. 此外,长非编码 RNA 的转录具有很强的时空特异性,表明其表达水平与发育及细胞环境紧密相关. 与蛋白质调控相比,长非编码 RNA 信号分子因其转录剪切后即能折叠成高级结构,不需要翻译过程,因而能更快捷地行使调控功能(图 3玉).2.1.2 长非编码 RNA 作为诱饵分子非编码区域的增强子和启动子的活跃转录暗示着长非编码 RNA 在调节转录中的重要角色,长非编码 RNA 通过结合目标蛋白或 miRNA 从而稀释了目标分子在细胞内的水平,进而影响其功能(图 3域). 如长非编码 RNA PANDA 在感应 DNA损伤刺激后应激表达,通过直接结合并拮抗核转录因子 NF-YA, 从而破坏依赖于 NF-YA 活性的DNA 损伤所激活的凋亡通路[40].2.1.3 长非编码 RNA 的导向作用通过与目标分子的结合,长非编码 RNA 能指引核糖核蛋白复合体定位至特异的目标区域,作用方式可以是顺式也可以是反式(图 3芋). 目前还无法简单地通过序列分析预测其会以何种方式发挥作用.通过与 RNA 聚合酶作用以辅助转录的方式或者作为一些小的调节 RNA 分子的互补配对靶分子,长非编码 RNA 能以反式作用的方式引导目标基因附近的染色质修饰状态改变. 通过与目标DNA 分子结合形成 RNA∶DNA 异源双链核酸分子,或者 RNA∶DNA∶DNA 异源三链核酸分子,或者 RNA 识别特异染色质的复合物表面特征,长非编码 RNA 也能以反式的方式引导目标基因附近的染色质改变[39].2.1.4 长非编码 RNA 作为分子支架不同于小 RNAs,长非编码 RNA 因其结构及较长的核酸序列,越来越多的研究已经表明其不同功能域可以结合不同的蛋白质复合体,从而提供类似分子支架的功能,以引导相关的不同类型的大分子复合体在目标区域组装以协同发挥调控作用(图 3 郁).如 HOTAIR,由 HOXC 基因编码转录产生,以分子支架的作用方式将两种不同的蛋白质复合物募集到染色体特定位点改变组蛋白***化修饰,从而顺式调控并抑制 HOXD 基因的表达,最终导致细胞侵袭转移能力的升高[41].Fig. 3 Schematic diagram of the four archetypes of lncRNA mechanism[39]图 3 长非编码 RNA 四种典型的分子作用方式示意图[39]玉.信号分子郁.分子支架芋.导向作用域.诱饵分子1001 生物化学与生物物理进展 Prog. Biochem. Biophys. )哺乳动物长非编码 RNA 与 microRNA (miRNA) 间存在着如下主要的四种形式的交互调节作用:2.2.1 miRNA 介导的长非编码 RNA 降解miRNA 能调节某些长非编码 RNA 的表达丰度,从而影响目标长非编码 RNA 所参与的细胞生理、病理过程中的反应(图 4a). 例如 RNA 结合蛋白 HuR 能募集并促进 miRNA let-7 家族成员与RISC 成分 Ago2 蛋白结合,从而影响长非编码RNA lincRNA-p21 以及 HOTAIR 的稳定性[43].2.2.2 长非编码 RNA 通过诱捕或 miRNA 海绵作用拮抗 miRNA 的功能研究表明,长非编码 RNA 也能影响 miRNA的表达水平与功能,如竞争性内源 RNA (ceRNA)因其序列中存在类似于 miRNA 靶标 mRNA 的序列,能诱捕 miRNA 与自身结合,减少 miRNA 对目标 mRNA 的影响从而拮抗 miRNA 的功能(图 4b).2.2.3 长非编码 RNA 与 miRNA 竞争性结合mRNAs除了以竞争性内源 RNA 的方式作用外,长非编码 RNA 也会与 miRNA 竞争性的结合目标mRNA(图 4c). 例如与 BACE1 部分序列反义互补的长非编码 RNA BACE1AS,通过与 mRNA 的序列互补配对从而保护 mRNA 不受 miRNA 的结合,避免由 miRNA-RISC 所介导的 RNA 降解[44].2.2.4 长非编码 RNA 作为 miRNA 产生的前体研究表明,有些长非编码 RNA 也能在成熟过程中由内含子或外显子区域序列剪切产生 miRNA( 图 4d). 例如, linc-MD1 能产生 miR-206 和miR-133b,显示了 linc-MD1 在肌肉分化与肌营养不良中的额外的调控机制. 长非编码 RNA H19也能产生 miR-675,但此过程受 HuR 抑制[45].越来越多的证据已经表明长非编码 RNA 与miRNA 在转录、转录后、翻译后多个层面调节着基因的表达.miRNA 对长非编码 RNA 的影响并非出乎意料,毕竟长非编码 RNA 与 mRNA 在许多方面上都类似.是否 miRNA 也调控着长非编码 RNA的转录与剪切目前还无相关的报道,同理,长非编码 RNA 也可能在 miRNA 行使功能过程中发挥着尚无报道的作用,比如是否能作为 miRNA 与靶mRNA 相互作用的分子架,此外,miRNA 与长非编码 RNA 也间接地发生着许多复杂的转录后调节机制以调节基因表达[46].3 长非编码 RNA 与发育长非编码 RNA 在发育分化过程中发挥着非常重要的功能,对多个组织以及不同细胞类型进行的深度测序以及深入的分析发现,与编码基因相比,长非编码 RNA 具有更强的细胞和组织特异性[47];此外,在有机体分化的不同阶段,长非编码 RNA表达也存在着很大差别,这也暗示了长非编码RNA 可能是细胞命运决定的微调因子(“fine-tuner”)[5, 47].研究证实,长非编码 RNA 特异的时空表达与已知的细胞命运决定基因的表达具有很大的相关性,可以通过正向和负向调控,在分子水平决定细胞的分化方向[48-50]. 越来越多的研究表明,长非编码 RNA 与神经、肌肉以及皮肤等分化过程紧密相关[51].3.1 长非编码 RNA 在中枢神经系统发育过程调控中的作用长非编码 RNA 在建立和维持细胞特异性基因表达调控过程中发挥重要的作用,而中枢神经系统是由神经元和神经胶质细胞组成,是最复杂和多元化的组织,因此研究中枢神经系统中长非编码RNA 的表达具有重要意义. 在一项研究脑发育过程的工作中,Lim 等[20]分离了小鼠脑组织的 3 个不同区域 SVZ、OB 以及 DG 区,通过 RNA-seq 和ChIP-seq 进行分析,发现超过 3 600 个差异表达的长非编码 RNA. 对长非编码 RNA 和 mRNA 进行Fig. 4 Modes of direct post鄄transcriptionalinteraction among lncRNAs and miRNAs[46]图 4 长非编码 RNA 与 miRNA 转录后相互作用方式[46](a) miRNA 介导长非编码 RNA 降解; (b) lncRNA 通过诱捕或miRNA 海绵作用拮抗 miRNA; (c) lncRNA-miRNA 竞争性结合mRNA;(d) lncRNA 作为 miRNA 前体.(a) (b)(c) (d)miRNAlncRNAmRNA1002 陈晓敏, 等:长非编码 RNA 研究进展)聚类分析发现长非编码 RNA 比 mRNA 具有更高的组织特异性. 此外研究者通过 Capture-Seq 研究*** SVZ 组织,发现了超过 7 000 个特异表达的长非编码 RNA. 通过功能验证和生物信息学分析进一步筛选到两个重要的长非编码 RNA-Six3oc 和Dlx1as. 敲降此两序列均会影响 SVZ 区第 7 天的分化,其中敲降 Six3oc 导致 Tuj1 特异表达神经元细胞以及 OLIG2 阳性少突触细胞的分化阻滞,而Dlx1as 的缺失只影响 Tuj1 神经元细胞的分化. 在神经发生中,长非编码 RNA 同样起到重要作用,可以诱导神经系统的形成.大规模筛选显示敲降很多长非编码 RNA 都会发生从胚胎干细胞向神经细胞分化的阻滞[52].中枢神经系统的复杂组成决定了其分化过程调控体系的复杂性,长非编码 RNA 在多个层面可以发挥调控功能,因此中枢神经系统的分化过程需要长非编码 RNA 的参与. 对长非编码 RNA 的进一步研究必将发现更多与神经系统发育分化以及退行性疾病相关的功能性长非编码 RNA.3.2 长非编码 RNA 与心脏发育的相互关系在组织发育过程中,研究最清楚的是在中胚层发现并与小鼠心脏发育相关的两个长非编码RNA———Bvht(brave heart)和 Fendrr(Foxf1 adjacentnon-coding developmental regulatory RNA). 研究发现,在小鼠胚胎干细胞和新生小鼠心肌细胞中,敲降 Bvht 会影响心脏特异性基因的表达,从而影响心肌细胞的发育. 进一步的机制研究表明,Bvht是与 PRC2 相互作用通过表观遗传学的修饰调控相关基因的表达. 但是,Bvht 只在小鼠中存在,人和兔中没有表达,也未发现功能同源序列[53].体外通过 RNAi 敲降 Fendrr 没有明显的表型,但是胚胎细胞中完全敲除该基因则会由于心脏功能的损伤出现胚胎致死现象,同时会影响体壁发育.这一研究也从另一方面说明完全敲除模型对长非编码 RNA研究的重要性.进一步的机制研究发现,Fendrr 既可以与抑制信号 PRC2 复合物相互作用也可以与激活信号 MLL1 复合物相互作用,在表观水平调控基因的表达. 但是与 Bvht 不同,Fendrr 在人类中存在同源序列,发挥作用的机制类似,可以与PRC2 相互作用[54].3.3 长非编码 RNA 与骨骼肌发育的相互关系在肌肉发生过程中,第一个被发现的长非编码RNA 是 linc-MD1 (long non-coding RNA, muscledifferentiation 1). 体外实验发现,MD1 在小鼠成肌细胞向肌肉细胞分化的特定时间内瞬时表达.机制研究表明,该长非编码 RNA 可以作为增强子RNA 控制肌肉细胞从早期到晚期的整个分化过程,linc-MD1 可以竞争性地与 miR-133 和 miR-135 结合,从而保护转录因子 MAML1 和 MEF2C 的表达,并进一步激活肌细胞的后期分化过程[49].Linc-MD1 在人、鼠中是序列保守的[55],但是在进行性肌营养不良患者体内其表达是显著下降的.体外实验发现,恢复这些肌营养不良细胞 linc-MD1的表达, 可以修复肌细胞分化过程, 暗示着linc-MD1 在肌肉分化过程中具有相对保守的功能[49].3.4 长非编码 RNA 与皮肤、造血以及脂肪发育的相互关系长非编码 RNA 在上皮细胞分化中同样具有非常重要的功能.对组织的分子生物学研究,需要强有力的模型支撑. 而在整个发育生物学的研究中,皮肤既是体内模型也便于体外研究,为长非编码RNA 的功能和机制研究提供了理想的模型.Khavari 等[56]在上皮细胞分化过程中发现两个重要的长非编码 RNA,ANCR 和 TINCR.ANCR 为长非编码 RNA 调控体壁干细胞分化提供了最早的证据,ANCR 的缺失会导致表皮干细胞分化的异常,因此 ANCR 的主要功能是维持干细胞的干性,阻止其向上皮细胞分化. 与 ANCR 不同,TINCR 促进干性细胞向上皮细胞分化,祖细胞和分化的人类角质细胞转录组测序发现,TINCR 是分化过程中表达差异最大的长非编码 RNA. 研究发现,TINCR 缺陷的上皮细胞缺少终末分化的超微结构,包括透明角质颗粒和完整的层状颗粒.进一步对其作用机制进行研究发现,TINCR 可以与 STAU1 蛋白结合形成 TINCR-STAU1 复合物,但是该复合物与 mRNA 结合从而稳定分化相关的 mRNA,比如KRT80 等蛋白, 从而保证细胞分化的顺利进行[57].文献报道,在造血细胞分化过程中也有长非编码 RNA 参与,其中 lincRNA-EPS 是在小鼠红细胞分化过程中发现的长非编码 RNA. 在小鼠造血祖细胞中敲降 lincRNA-EPS 会阻滞其分化过程引起凋亡.但是该长非编码 RNA 具体的作用机制还不明确[58-59].近年来我们实验室研究了间充质干细胞(MSC)向脂肪分化过程中差异表达的长非编码RNA,发现了一条有意义的序列,该序列可以通过表观修饰的改变阻滞 MSC 的成脂过程(未发表结果).1003 生物化学与生物物理进展 Prog. Biochem. Biophys. )Fig. 5 Schematic presentation of HOTAIR functionin breast cancer progression[70]图 5 HOTAIR 在乳腺癌进展中的功能示意图[70]去***化***化转移抑制基因JAM2PCDHB5PCDH10PRC2HOTAIR H3K27me3H3K4me2H3K27me3H3K4me25忆 3忆3.5 长非编码 RNA 与细胞重编程细胞重编程是指分化的细胞在特定条件下被逆转后恢复到全能型或多能性的状态,或者形成胚胎干细胞的过程.由成纤维细胞或者其他成体细胞向iPS 细胞转化的细胞重编程过程证明了细胞命运的可塑性.在整个重编程过程中,表观基因组发生了完全的重塑,基因表达谱也发生巨大的变化,从而产生大量差异表达的 mRNA、miRNA 和长非编码RNA[60-62]. 目前对细胞重编程过程尤其是 iPS 过程中长非编码 RNA 的研究还非常有限,可用数据相对较少,因此在重编程过程中对长非编码 RNA 的研究大部分与胚胎干细胞相结合. 最新的研究发现,在重编程过程以及小鼠和人类的胚胎干细胞中存在特异性的长非编码 RNA, 这些长非编码RNAs 与重编程重要因子 OCT4、NANOG 以及SOX2 表达有很大相关性[63]. 进一步生物信息学的分析显示,这些长非编码 RNA 的启动子区至少有一个重编程重要因子的结合位点[64].对胚胎干细胞转录组进一步分析,发现大量的长非编码 RNA 参与细胞多能性分化的调控过程.Guttman 等[64]针对其中的 226 个序列设计 shRNA,通过功能性缺失实验寻找与干细胞干性维持以及抑制分化相关的长非编码 RNA. 研究发现,其中的26 个长非编码 RNA 敲降后会影响 Nanog 的表达,从而导致 ES 细胞的多能性丧失. 另有 30 个长非编码 RNA 敲降之后会导致胚胎干细胞向特定的谱系分化.Rinn 等[65]在细胞重编程过程中发现一条重要长非编码 RNA-lincRNA-RoR,研究发现敲降或过表达该序列均会显著影响成纤维细胞的重编程过程. 与 Guttman 之前报道的结果不同, RNApull-down 实验表明 lincRNA-RoR 可以与miR145-5p、181a-5p、99b-3p 以及他们的靶基因Ago2 结合. 已有研究表明,这些 miRNAs 能够调控细胞重编程过程的核心分子包括 Pou5f1、Sox2和 NANOG,因此,lncRNA-RoR 作为竞争性内源RNA 在细胞重编程过程中发挥了重要的作用.重编程过程中长非编码 RNA 的研究还处在相对早期的阶段,分离到的功能性长非编码 RNA 相对有限,具体的作用机制还不清楚,因此这是一个很有潜力的发展领域.胚胎干细胞的非编码转录组现在得到大家更多的关注,同时在胚胎干细胞中存在大量的 RNA-seq 和染色质修饰 ChIP-seq 的数据,为长非编码 RNA 功能的预测提供了很大的帮助.我们相信随着研究的深入,会有更多功能明确、机制清晰的更重要的长非编码 RNA 被发现,从而进一步加深对细胞重编程过程的认识.4 长非编码 RNA 与表观遗传调控长非编码 RNA 能作用于单个目标基因或一簇目标基因家族,对其在转录调控上的作用已经有广泛的研究,研究也发现许多长非编码 RNA 与蛋白质发生作用以调节转录激活或沉默.一些长非编码RNA 已被证实在转录后调控基因表达,例如长非编码 RNA MALAT1,能抑制丝氨酸/ 精氨酸蛋白活性,从而调节 mRNA 前体的可变剪切[66].最近的研究结果显示,长非编码 RNA 在组蛋白修饰、DNA ***化等表观遗传修饰过程中也发挥重要的作用,通过结合并募集特定的表观修饰酶复合物至目标基因区域,改变靶基因染色质或DNA 修饰状态从而影响该靶基因的表达[41, 67-68]. 如长非编码 RNA HOTAIR,它的 5忆端能够结合 PRC2复合物,3忆端结合 LSD1/CoREST/REST 复合物,并将整个复合物锚定在特定的基因区域,使该区域的组蛋白 H3 的第 27 位赖氨酸***化,而使第 4位的赖氨酸去***化,通过协调这种关系来调控基因表达(图 5)[41,69].研究也发现,长非编码 RNA ecCEBP(extra-coding CEBPA)的转录本表达起始于 CEBPA 上游2 kb,同向转录,但转录产物不含 poly(A)且多富集在细胞核内,通过与 DNA ***化酶 DNMT1 结合而减弱 CEBPA 启动子区域的***化从而促进CEBPA 基因的表达[68]. 肿瘤抑制因子 TCF21 的一个反义长非编码 RNA TARID,通过与 TCF21 启动子以及 GADD45A 相互作用,从而募集了 DNA 去***化酶 TET 蛋白至 TCF21 启动子区,表明长非编码 RNA 能介导特异目标基因的 DNA 去***化1004 陈晓敏, 等:长非编码 RNA 研究进展)肺癌转移相关的转录物 MALAT1(metastasisassociated lung adenocarcinoma transcript 1),是一个长度大于 8 000 个核苷酸的长非编码,主要在细胞核内发挥作用,它在多种物种中具有保守性.研究表明 MALAT1 在肺和胰腺中高表达[77], 通过shRNA 的方法敲降 MALAT1,显示 MALAT1 通过调节包括 caspase-3,-8,Bax,Bcl-2,BclxL 等基因的表达,从而影响细胞的生长,细胞周期以及细胞侵袭,功能试验表明,MALAT1 的 3忆端是其发挥作用的关键区域[78]. 因此, 有望通过对MALAT1 的 3忆端的干扰进行靶向治疗.胰腺癌基因表达标志 PCGEM1 (prostate cancergene expression marker1)是一个胰腺癌相关的长非编码 RNA,在胰腺癌早期的发生和发展中起重要作用,PCGEM1 基因长度为 1 603 个核苷酸,在胰腺癌细胞和 NIH3T3 细胞中过表达 PCGEM1,会促进细胞增殖和克隆形成能力,提示 PCGEM1 是一个致癌基因.PCGEM1 的表达与胰腺癌细胞发展到去势复发阶段有重要相关性[79],去势复发是病发的最后一个阶段,对于患病者至关重要的意义.除了以上列举的一些癌症相关的长非编码RNA, 还有一些诸如 aHIF、 ANRIL、 Oct4-pg、PTENP1 和 BC200 等在神经母细胞瘤、乳腺癌、胶质瘤、结直肠癌、神经退行性等疾病中有功能的长非编码 RNA 染色体上的位置大小(kb) 肝癌中的可能作用HULC Chr6 0.5 肝癌细胞中表达上调,高表达常与组织学分级及乙肝病毒相关TUC338 Chr12 0.59 肝硬化组织以及肝癌细胞中表达增加调节细胞生长速度UCA1/CUDR Chr19 1.4~27 具有化疗耐受性HEIH Chr5 1.7 与乙肝病毒相关MEG3 Chr14 ~1.8 肝癌细胞中表达下调,与***化相关检测治疗效的潜在分子标记物HTOAIR Chr12 2.3 抑制表达引起细胞侵袭能力降低化学感应性增加HOTTIP Chr7 7.9 肝癌细胞中表达上调,预测肝癌进展MALAT-1 Chr11 8.7 肝癌细胞中表达上调,与癌症转移复发相关LINC-ROR Chr18 22.8 低氧状态下肿瘤细胞的存活相关Table 1 Examples of lncRNA associated with hepatocellular carcinoma[76]表 1 肝癌相关的长非编码 RNA 列表[76]过程从而激活靶基因的表达[67].起初,人们认为长非编码 RNA 的功能是在其位置周围发挥作用的,比如,调控邻近基因的表达等. 然而,最近研究认为,长非编码 RNA 能够和上千个不同位置的染色质有相互作用,并进而大规模地调控基因表达.进一步对这些结合蛋白分析发现,功能性长非编码 RNA 可以结合各种染色质修饰复合物包括“阅读器”(readers)(Prc1、Cbx1 与Cbx3)、“书写器”(writers) (Tip60/P400、 Prc2、Setd8、 Eset 与 Suv39h1) 和“擦除器”(erasers)(Jarid1b、Jarid1c 与 Hdac1),以及 DNA ***化酶或去***化酶[67-68]. 然而长非编码 RNA 结合远程的结合位点的分子机制目前还不是很清楚[71],还有待进一步深入地研究.5 长非编码 RNA 和癌症长非编码 RNA 与癌症等有着密切的关系,对癌症的发生、发展及转移产生重要的影响.长非编码 RNA 在癌症中是至关重要的,但是我们对其功能的认识还很浅. 有一些长非编码 RNA,比如PCA3、PCGEM1、PCAT1 等,是高度在前列腺癌中特异表达的非编码 RNA,可以作为有效的生物标记物[72].近年来的研究表明,有多种长非编码 RNA 在原发性肝癌中表达水平发生了显著变化,并具有重要作用.H19 是第一个被发现的非编码 RNA 基因,在肝脏中,H19 能与血管生成素和成纤维细胞生长因子相互作用,可改变其表达而诱发肿瘤[73].HULC 是在肝癌中上调表达最高的转录本,也是首个被发现在肝癌胞质中过表达的长非编码RNA[74]. 在肝癌细胞中,位于核心启动子区的cAMP 反应元件结合蛋白结合位点及 PKA 途径在HULC 上调中具有重要作用.另一方面,HUCL 能下调包括 miR-372 在内的一系列 miRNA,从而在肝癌中发挥重要作用[75]. 和肝癌相关的长非编码RNA 如表 1 所示[76].1005 生物化学与生物物理进展 Prog. Biochem. Biophys. )长非编码 RNA. 但是由于其自身结构的复杂性,对于它们如何发挥作用的机制还需进一步深入地研究. 近年来,长非编码 RNA 对于疾病发生发展的科学价值和临床意义引起人们越来越多的兴趣,它不仅可以为包括癌症在内的许多复杂疾病的诊断和治疗提供新的依据和靶点,而且有助于人们进一步认识高等真核生物极其复杂的调控网络.6 长非编码 RNA 研究的相关技术对长非编码 RNA 的研究直到最近几年才得到广泛的关注,与长非编码 RNA 相关的数据分析以及实验技术也随之发展起来.与蛋白质研究方法不同,长非编码 RNA 的稳定性相对较差,容易降解. 此外, 其表达丰度也远低于 mRNA. 与miRNA 相比,长非编码 RNA 因其长度更长,存在二级结构,发挥功能的方式也更复杂.因此,对长非编码 RNA 的研究除去常规的方法外还有很多是其特有的研究方法.6.1 长非编码 RNA 的发现和系统鉴定长非编码 RNA 的发现依赖于全基因组范围内对转录本的筛选,主要是注释为非编码的序列,比如缺少有效的开放阅读框等.现在专门针对长非编码 RNA 的数据库还比较少,NONCODE 是现今收录非编码 RNA 最多,注释最全的专门用于非编码RNA 查询的数据库[7-8]. 在数据分析的基础上可以进一步通过实验手段以系统鉴定长非编码 RNA.利用长非编码 RNA 检测微阵列芯片,可以在芯片包含的探针信息的基础上筛选差异表达的长非编码RNA[80],快速、高效,但是其局限性在于所发现新的差异表达的长非编码 RNA 受限于探针的预设计. 利用 RNA-seq 开展的转录组测序是现在分析差异表达长非编码 RNA 的另一有效途径. 通过测序可以发现现有数据库中没有注释的序列,这是其独特的优势.6.2 长非编码 RNA 序列信息的确定以及功能和机制研究现在数据库中大部分长非编码 RNA 信息都是通过测序发现并注释,因此其具体的序列信息并不是很明确,需要通过实验进一步鉴定其序列信息.常规的可以通过 RACE 以确定其两端序列,通过Northern 杂交检测整条序列的长度以及主要的转录本,最终结合已有的测序信息以确定目标长非编码RNA 的序列信息.利用 RT-qPCR 可以定量地分析样本中目标序列的表达水平,以进一步验证芯片和测序结果.对长非编码 RNA 功能的研究与传统对基因的研究相似,可以通过敲降和过表达目标序列以发现具体的功能,研究方法包括 RNAi、质粒和慢病毒转染以及 TALEN/CRISPR 等技术. 对于长非编码RNA 作用机制的研究,RNA pull-down 联合蛋白质谱分析是最常用的寻找与长非编码 RNA 相互作用蛋白的方法. 此外, RNA 结合蛋白免疫沉淀(RNA- binding protein immunoprecipitation, RIP)联合 qPCR 实验可以用来进一步验证两者的相互作用[41].长非编码 RNA 不仅与蛋白质相互作用也可与DNA 相互作用, RNA 纯化的染色质分离(chromatin isolation by RNA purification,ChIRP)技术被广泛应用.首先用戊二醛固定细胞,以维持长非编码 RNA 与染色质的相互作用,然后进行细胞裂解和超声破碎,接着用生物素标记的寡核苷酸探针与靶长非编码 RNA 杂交,基于生物素和链霉亲和素相互作用的原理,用链霉亲和素磁珠来分离、纯化染色质复合体,最后从纯化的染色质复合体中分离蛋白质、RNA 或 DNA 以进行下游的分析.Chang 等[81]发展并完善了这一技术,与高通量测序结合用以在全基因组范围内扫描长非编码 RNA 的结合位点.随着技术水平的飞跃发展,针对长非编码RNA 研究的新技术必将会不断涌现,从而为长非编码 RNA 研究的快速发展提供必要的技术保障.7 展望近年来,对非编码 RNA 的研究使我们对一些经典的概念产生了新的认识,令我们不得不重新考虑遗传学和分子生物学的最核心问题:什么是基因? 而“中心法则”等一批近乎经典的观念,在基因组产生的大量非编码转录本以及迅速涌现的非传统实验现象面前,正在经受着冲击.同时,也为我们创造新的研究成果提供了巨大机会.参考文献[1] Consortium E P. An integrated encyclopedia of DNA elements inthe human genome. Nature, 14): 57-74[2] Morris K V, Mattick J S. The rise of regulatory RNA. Nat , ): 423-437[3] Deng W, Zhu X P, Skogerbo G, et al. Organization of theCaenorhabditis elegans small non-coding transcriptome: Genomicfeatures, biogenesis, and expression. Genome Research, 播放器加载中，请稍候...
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长非编码 RNA 研究进展*陈晓敏张栋栋骆健俊陈润生**(中国科学院生物物理研究所,中国科学院核酸生物学重点实验室,北京 100101)摘要长非编码 RNA 是指一类长度大于 200 个核苷酸、不编码蛋白质的非编码 RNA. 越来越多的研究表明,人类基因组中高达 90%的非编码蛋白质的区段同样具有重要作用,而不是所谓的“转录噪声”. 针对长非...
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