一缕陕、lncRNA的研究背景
表觀遺傳學(xué)是研究基因表達(dá)發(fā)生了可遺傳的改變，而DNA序列不發(fā)生改變的一門生物學(xué)分支疙挺，對細(xì)胞的生長分化及腫瘤的發(fā)生發(fā)展至關(guān)重要扛邑。表觀遺傳學(xué)的主要機(jī)制包括DNA甲基化、組蛋白修飾及新近發(fā)現(xiàn)的非編碼RNA铐然。非編碼RNA是指不能翻譯為蛋白的功能性RNA分子蔬崩，其中常見的具調(diào)控作用的非編碼RNA包括小干涉RNA、miRNA锦爵、piRNA以及長鏈非編碼RNA舱殿。研究者的大量研究表明非編碼RNA在表觀遺傳學(xué)的調(diào)控中扮演了越來越重要的角色。
在近十余年的生命科學(xué)研究中非編碼調(diào)控RNA可謂是研究最火的領(lǐng)域之一险掀，從2006年諾獎(jiǎng)的siRNA沪袭，到這幾年異常火爆的microRNA樟氢，到即將登場并定能風(fēng)靡的lncRNA冈绊，可謂如火如荼。RNA不僅僅只承擔(dān)遺傳信息中間載體的輔助性角色埠啃，而是更多地承擔(dān)了各種調(diào)控功能死宣。
lncRNA在發(fā)育和基因表達(dá)中發(fā)揮的復(fù)雜精確的調(diào)控功能極大地解釋了基因組復(fù)雜性之難題，同時(shí)也為人們從基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的維度來認(rèn)識生命體的復(fù)雜性開啟新的天地碴开。研究者大部分研究集中于短?RNA如?microRNA毅该，piRNA?等一些?ncRNA?生物生成機(jī)制和調(diào)控通路，甚至在一些人類復(fù)雜疾病中的功能潦牛，但是這都只是冰山一角眶掌。人們對lncRNA（Long noncoding RNAs，lncRNAs）的認(rèn)識還處在初級階段巴碗，lncRNA起初被認(rèn)為是基因組轉(zhuǎn)錄的“噪音”朴爬，是RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物，不具有生物學(xué)功能橡淆。然而召噩，有文獻(xiàn)研究表明，lncRNA參與了X染色體沉默逸爵、基因組印記以及染色質(zhì)修飾具滴、轉(zhuǎn)錄激活、轉(zhuǎn)錄干擾师倔、核內(nèi)運(yùn)輸?shù)榷喾N重要的調(diào)控過程构韵。lncRNA的這些調(diào)控作用也開始引起人們廣泛的關(guān)注。
哺乳動物基因組序列中，4%~9%的序列產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄本是lncRNA（相應(yīng)的蛋白編碼RNA的比例是1%）贞绳。雖然關(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致稀，隨著研究的推進(jìn)冈闭，各類lncRNA?的大量發(fā)現(xiàn)，lncRNA?的研究將是RNA?基因組研究非常吸引人的一個(gè)方向抖单，使人們逐漸認(rèn)識到基因組存在人類知之甚少的“暗物質(zhì)”萎攒。
近年來lncRNA得到了研究界的廣泛關(guān)注，人們已經(jīng)在測序技術(shù)的幫助下鑒定了大量lncRNA矛绘，但lncRNA的生物學(xué)功能依然迷霧重重耍休。
西班牙IMIM（Hospital del Mar Medical Research Institute）和加泰羅尼亞理工大學(xué)（UPC）的研究團(tuán)隊(duì)最近在eLife雜志上發(fā)表研究指出，長非編碼RNA在新蛋白演化中起到了重要的作用货矮，它們在細(xì)胞中有著不為人知的重要功能羊精。長非編碼RNA是指長度超過三百個(gè)核苷酸的RNA分子，其上沒有編碼蛋白的閱讀框囚玫。在細(xì)胞內(nèi)lncRNA的豐度約占到70%至98%喧锦，有些lncRNA甚至長達(dá)幾千bp。雖然lncRNA沒有編碼任何蛋白質(zhì)抓督，但它們的表達(dá)在不同組織和發(fā)育階段依然具有特異性燃少，這說明lncRNA具有重要的生物學(xué)意義。絕大多數(shù)lncRNA位于細(xì)胞核铃在，它們對應(yīng)的DNA區(qū)域有的與蛋白編碼基因重疊阵具，有的位于基因之間或者內(nèi)含子中。由于lncRNA似乎沒有承擔(dān)什么生物學(xué)功能定铜，它們曾被認(rèn)為是一種“進(jìn)化噪聲”⊙粢海現(xiàn)在西班牙的研究人員通過新測序技術(shù)向人們展示，許多這樣的轉(zhuǎn)錄本也有機(jī)會翻譯成為蛋白宿稀。這一發(fā)現(xiàn)旋即引起了激烈的爭論趁舀。
Mar Albà等人在六個(gè)物種中（人類、小鼠祝沸、魚矮烹、果蠅、酵母和一種植物）驗(yàn)證了這一結(jié)果罩锐，許多l(xiāng)ncRNA與核糖體關(guān)聯(lián)奉狈，似乎隨時(shí)準(zhǔn)備翻譯成為蛋白。這說明涩惑，lncRNA可以成為新蛋白合成的資源仁期。這項(xiàng)研究顯示，大多數(shù)lncRNA是種系特異性的，很少有l(wèi)ncRNA存在于兩個(gè)以上的物種中跛蛋。由此可見熬的，這些lncRNA很可能是最近才演化出來的。事實(shí)上赊级，lncRNA分子表現(xiàn)出許多與“年輕”基因相似的特性押框。新功能性蛋白的出現(xiàn)，是一個(gè)反復(fù)嘗試的過程理逊。因此細(xì)胞需要生成大量的轉(zhuǎn)錄本橡伞，這些轉(zhuǎn)錄本不一定都能通過時(shí)間的檢驗(yàn)。lncRNA與這樣的轉(zhuǎn)錄本很相符晋被。對近親物種進(jìn)行研究兑徘，將有助于我們進(jìn)一步理解新基因的形成機(jī)制，鑒定那些可能有功能的轉(zhuǎn)錄本羡洛。lncRNA表達(dá)模式改變與特定疾病的關(guān)聯(lián)挂脑，也是一個(gè)很有吸引力的研究方向。
二翘县、lncRNA的作用機(jī)制
隨著lncRNA功能逐步顯現(xiàn)最域，其與靶點(diǎn)的作用機(jī)制成為進(jìn)一步的熱點(diǎn)。早期認(rèn)為原位調(diào)控是lncRNA?作用的唯一機(jī)制锈麸，它通過招募形成染色質(zhì)修飾復(fù)合物而沉默鄰近基因轉(zhuǎn)錄镀脂，例如IGF2R?反義RNA（antisense of IGF2R RNA，AIR）忘伞、XIST?等薄翅。而Hox?基因反義基因間RNA（Hox antisense intergenicRNA，HOTAIR）的發(fā)現(xiàn)提示lncRNA可能存在遠(yuǎn)程調(diào)控氓奈。
同源異型基因（homeotic genes翘魄，HOX）在細(xì)胞增殖與定向分化中起關(guān)鍵作用簇抵，人類Hox?基因簇約含100個(gè)ncRNA?基因梆惯，其中HOTAIR?定位于HOXC?基因座12q13.13臼氨。HOTAIR的5'端可招募結(jié)合多梳蛋白抑制復(fù)合物2（polycomb repressivecomplex 2讽膏，PRC2），借助PRC2上三個(gè)H3K27甲基化酶EZH2蔑水、SUZ12和EED娜谊，使另一基因座HOXD上長約40 kb的序列轉(zhuǎn)錄沉默彼城，從而在乳腺上皮細(xì)胞內(nèi)使細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄傾向于胚胎成纖維細(xì)胞樣表型涧至。超過20%的lncRNA?能夠通過結(jié)合PRC2或其他類似復(fù)合物發(fā)揮作用腹躁，提示lncRNA的遠(yuǎn)程調(diào)控機(jī)制在生物體內(nèi)廣泛存在。
長鏈非編碼RNA的作用機(jī)制非常復(fù)雜南蓬，至今尚未完全清楚纺非。根據(jù)目前的研究哑了，lncRNA的作用機(jī)制如要有以下幾種。
（1）編碼蛋白的基因上游啟動子區(qū)（橙色）轉(zhuǎn)錄烧颖，干擾下游基因（藍(lán)色）的表達(dá)弱左；
（2）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)色）的表達(dá)炕淮；
（3）與編碼蛋白基因的轉(zhuǎn)錄本形成互補(bǔ)雙鏈（紫色）科贬，干擾mRNA的剪切，形成不同的剪切形式鳖悠；
（4）與編碼蛋白基因的轉(zhuǎn)錄本形成互補(bǔ)雙鏈（紫色），在Dicer酶的作用下產(chǎn)生內(nèi)源性siRNA优妙；
（5）與特定蛋白質(zhì)結(jié)合乘综，lncRNA轉(zhuǎn)錄本（綠色）可調(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)合體套硼；
（7）結(jié)合到特定蛋白質(zhì)上卡辰，改變該蛋白質(zhì)的細(xì)胞定位；
（8）作為小分子RNA（如miRNA邪意、piRNA）的前體分子九妈。
目前，發(fā)現(xiàn)的參與哺乳動物基因活動的lncRNA已有上千個(gè)雾鬼，其調(diào)控基因表達(dá)的機(jī)制存在共性萌朱。一般來說，lncRNA主要從表觀遺傳學(xué)策菜、轉(zhuǎn)錄調(diào)控及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等3個(gè)層面實(shí)現(xiàn)對基因表達(dá)的調(diào)控晶疼。
1 .表觀遺傳調(diào)控
哺乳動物lncRNA介導(dǎo)的表觀遺傳改變的研究，最早源于基因組印記（genomic printing）和X染色體失活（X chromosome inactive）兩個(gè)方面又憨，分別與H19和X ist RNA密切相關(guān)翠霍。近十年研究證實(shí)，lncRNA與表觀遺傳調(diào)控密切相關(guān)蠢莺，并且發(fā)現(xiàn)了許多新的與基因調(diào)控有關(guān)的lncRNA寒匙。
2.?轉(zhuǎn)錄調(diào)控
LncRNA能夠通過多種機(jī)制在轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行調(diào)控，表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：
LncRNA的轉(zhuǎn)錄可以干擾鄰近基因的表達(dá)躏将。例如锄弱，酵母的SER3基因受到上游一段lncRNA——SRG1的干擾。近端啟動子轉(zhuǎn)錄的lncRNA可將RNA結(jié)合蛋白定位至基因啟動子區(qū)域從而調(diào)控基因表達(dá)耸携。如棵癣，人類細(xì)胞中的細(xì)胞周期蛋白D1（CCND1）的表達(dá)，DNA損傷信號誘導(dǎo)該基因啟動子上游一段lncRNA的表達(dá)夺衍，它可調(diào)節(jié)RNA結(jié)合蛋白——TLS的活性狈谊，接著TLS抑制CREB結(jié)合蛋白——組蛋白乙酰基轉(zhuǎn)移酶和p300的活動，進(jìn)而使CCND1基因的表達(dá)沉默河劝。
LncRNA可作為共因子調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的活性壁榕。例如，小鼠的一段lncRNA——Evf2轉(zhuǎn)錄自一段超保守的遠(yuǎn)端增強(qiáng)子赎瞎，它可與轉(zhuǎn)錄因子DLX2形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合體牌里，并結(jié)合至一個(gè)增強(qiáng)子上，從而誘導(dǎo)鄰近蛋白編碼基因DLX6的表達(dá)务甥。通過與影響啟動子選擇的抑制性復(fù)合物相互作用牡辽，封鎖啟動子區(qū)域來調(diào)控RNA聚合酶（RNAP）II的活動從而干擾基因表達(dá)。這可能是存在于真核細(xì)胞染色體上的上千種三倍體復(fù)合物結(jié)構(gòu)控制啟動子作用的普遍機(jī)制敞临。
再如态辛，小鼠17號染色體的Igf2r區(qū)是第一個(gè)被證實(shí)的可轉(zhuǎn)錄為?lncRNA的位點(diǎn)，父系染色體上一未拼接的?lncRNA——A irn從母源性Igf2r上的ICR區(qū)域開始轉(zhuǎn)錄挺尿，方向與Igf2r相反奏黑。這一反義鏈轉(zhuǎn)錄的RNA規(guī)模較大,跨越整個(gè)Igf2r啟動子。并越過基因間區(qū)抵達(dá)鄰近基因编矾。屬于一種轉(zhuǎn)錄干擾機(jī)制熟史。
3 .轉(zhuǎn)錄后調(diào)控
LncRNA在轉(zhuǎn)錄后水平可與mNRA形成雙鏈RNA復(fù)合物，以掩蓋mRNA的主要順式作用元件窄俏，從而調(diào)控基因表達(dá)蹂匹。例如，lncRNA-Zeb2（即Sip1）能夠和HOX位點(diǎn)轉(zhuǎn)錄的mRNA的一個(gè)內(nèi)含子的5’端剪切位點(diǎn)形成雙鏈凹蜈，從而防止該內(nèi)含子被剪切怒详。該區(qū)域含有對于Zeb2蛋白表達(dá)所必須的核糖體結(jié)合位點(diǎn)，Zeb2通過這種方式能夠提高Zeb2蛋白的表達(dá)量踪区。這一例子說明lncRNA可以指導(dǎo)mRNA亞型的選擇性剪接昆烁。
另外，lncRNA的復(fù)性（退火）具有靶向作用缎岗，使蛋白受體復(fù)合物能夠識別正義鏈mRNA轉(zhuǎn)錄本静尼。這一租用類似于RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物（RISC）通過siRNA靶向作用于mRNA。來自于互補(bǔ)轉(zhuǎn)錄本甚至是lncRNA的雙鏈RNA传泊，結(jié)合延長的內(nèi)部發(fā)夾結(jié)構(gòu),能夠被加工成內(nèi)源性siRNA以使基因表達(dá)沉默鼠渺。
