長片段非編碼RNA及其功能

1、長片段非編碼RNA及其功能陳龍(河南省周口師范學院生命科學系466000摘要本文主要介紹了長片段非編碼RNA的特性、功能以及與一些疾病的關系。關鍵詞長片段非編碼RNA轉錄調控疾病發(fā)生長片段非編碼RNA(long noncoding RNA,ln2 cRNA一般是指長度超過200個核苷酸的非蛋白質編碼RNA,它有別于具有調控作用的小分子非編碼RNA (ncRNA,如微小RNA(m i RNA、小干涉RNA(siR2 NA、核仁小RNA(snoRNA等。lncRNA像mRNA一樣通常由RNA聚合酶轉錄生成,但其具有時空表達特異性,缺乏有義開放閱讀框(ORF,不編碼蛋白質,直接以RNA的形式發(fā)揮作用

2、。它們在生命活動中具有調節(jié)轉錄、轉錄后加工、蛋白質翻譯等多種作用,同時與包括癌癥在內的多種疾病的發(fā)生發(fā)展有關1。1長片段非編碼RNA的生物學特性最新研究發(fā)現,整個人類基因組中只有1/5的基因轉錄物與蛋白質編碼有關,即使編碼蛋白質的mR2 NA其末端還含有一些非編碼區(qū)域,這表明非編碼序列的長度至少是蛋白質編碼序列的4倍2。大規(guī)?；パaDNA(cDNA測序項目顯示,在老鼠基因組中有3.5萬多種非編碼轉錄物,顯然lncRNA的豐富度出乎人們的意料。而且,由于很難區(qū)分蛋白質編碼轉錄與非編碼轉錄,這還是被保守估計的數字3。研究顯示,哺乳動物的lncRNA s位于基因組內長的基因間區(qū),基因組序列往往被分隔為

3、許多不同的編碼和非編碼部分,以正義或反義方向轉錄,包含蛋白編碼基因在內的正義和反義轉錄物常形成重疊交織的網狀轉錄復合物2。各種生物的許多小RNA(如m iRNA或snoRNA顯示出很強的保守性。與此相反,lncRNA普遍缺乏保守性,這也是經常被作為其無功能的證據4。然而,研究較為清楚的lncRNA一般具有低保守性,如X染色體失活基因(X ist,這表明長片段非編碼RNA可能受到不同的選擇壓力所致。不像mRNA不得不保留密碼子的用途、還要防止單個長ORF的移碼突變,lncRNA可選擇保留的只是與制約結構或特異序列相互作用的小區(qū)。盡管lncRNA一般具有低保守性,許多l(xiāng)ncRNA仍含有強保守元件。

4、已經證明哺乳動物的lncRNA在一級結構水平上具有低保守性,而二級結構具有保守性5。2長片段非編碼RNA的功能2.1對轉錄的調控在真核生物中,RNA轉錄是一個嚴密的調控過程,ncRNA可以針對這一過程的不同方面發(fā)揮作用?？梢葬槍D錄反應的不同成分,如轉錄的激活劑或阻遏物、RNA聚合酶II等6。這些ncRNA與轉錄因子共同組成一個調控網絡,精細地調控復雜的真核生物基因的表達。ncRNA通過不同的機制調節(jié)轉錄因子的功能,包括作為輔調節(jié)因子或通過與輔調節(jié)因子聯合發(fā)揮作用,來調節(jié)轉錄因子的活性。例如,非編碼RNA Evf-2是作為同源異型框轉錄因子D lx2的一個輔激活子,在前腦和神經發(fā)育中發(fā)揮重要的

5、作用7。lncRNA還可以調節(jié)毗鄰的蛋白質編碼基因的表達。RNA結合蛋白T LS通過結合并抑制cAMP反應元件結合蛋白(CREB和組蛋白乙酰轉移酶P300活性,而抑制靶基因細胞周期蛋白D1(cyclin D1表達。通過使結合于5調控區(qū)的lncRNA s的低表達,來指導新的T LS加入到cyclin D1啟動子上,以響應DNA損傷信號。此外,lncRNA與配體協同調節(jié)T LS的活性8。ncRNA也調節(jié)所有基因轉錄中需要RNA聚合酶II的轉錄因子6。這些轉錄因子,包括組裝啟動子起始復合物或參與轉錄延伸的成分。來自二氫葉酸還原酶(DHFR基因上游的副啟動子,在DHFR主啟動子內形成穩(wěn)定的RNA-DN

6、A的三鏈結構,以防止轉錄輔因子TF II D的結合9。非編碼RNA U1能通過RNA 聚合酶II C-末端結構域的磷酸化,特異性結合和刺激TF II H,從而誘導轉錄起始。熱休克RNA-1(HSR-1是一個長片段非編碼RNA,它以非活性狀態(tài)存在于所有細胞中,但在脅迫時被激活而誘導熱休克基因表達。這種激活作用涉及響應溫度升高時HSR-1構象的變化,從而促使其與轉錄激活劑HSF-1相互作用,隨后經三聚作用誘導熱休克基因的表達10。2.2轉錄后的調控除了調節(jié)轉錄外,lncRNA還調控基因轉錄后mRNA的加工過程。它類似于m iRNA 和snoRNA等小調控RNA,常常通過與靶mRNA互補堿基配對而發(fā)

7、揮作用。非編碼RNA與mRNA的互補部分形成RNA雙鏈,可以覆蓋mRNA內需要結合反式作用因子的關鍵元件,潛在地影響轉錄后基因表達的多個步驟,包括前體mRNA加工與剪接、運輸、翻譯和降解。mRNA的剪接可誘導其編碼的蛋白質翻譯和功能多樣化。鋅指E框結合同源異型框2(Zeb2mRNA有特別長的5非翻譯區(qū)(UTR,需要保留包含核糖體進位有效翻譯的5U TR內含子,內含子保留依賴于互補的內含子5剪接位點反轉錄表達11。因此,在骨髓發(fā)育期間,反轉錄的異常表達抑制剪接和誘導Zeb2mR2 NA翻譯。RNA聚合酶III轉錄的BC1(小鼠腦中表達的ncRNA和BC200(與BC1同源的人腦表達的ncRNA,

8、分別在小鼠和人的中樞神經系統(tǒng)中表達。BC1序列與各種特異神經元mRNA區(qū)域間的互補,提示BC1以翻譯抑制為目標。最近研究表明,在紋狀體中,BC1與樹突內控制多巴胺D2受體介導的傳輸效率的翻譯抑制有關,并且刪除BC1RNA的小鼠顯示出行為改變12。lncRNA在siRNA介導中的基因調控中發(fā)揮作用。在單鏈RNA中除了覆蓋關鍵元件外,在果蠅和小鼠卵母細胞中形成雙鏈RNA,也可以產生內源性的siRNA?；パa序列的退火,如轉錄物間的反義或重復區(qū)形成的RNA雙鏈,可能通過D icer-2加工成內源siRNA。另外,這種lncRNA也可以加工成esi-1、esi-2(來自于esi-1和esi-2位點的轉錄

9、物等si RNA轉錄物13。來自于轉錄物產生的內源siRNA在抑制生殖細胞系基因組中移動轉座子元件的傳播有重要的作用。表觀遺傳修飾包括組蛋白和DNA的甲基化、組蛋白乙酰化和類泛素化,影響染色體生物學的眾多方面,主要通過大區(qū)域染色質重塑來調節(jié)許多基因的表達。最近,人們開始認識到RNA以一定的方式參與了染色質的修飾途徑14。普遍存在的與蛋白編碼基因關聯的lncRNA,可能有助于發(fā)育期間調節(jié)基因表達的染色質局部修飾。最近對白血病中p15基因的反向表達譜和一個反義非編碼RNA研究發(fā)現,該p15反義非編碼RNA能夠誘導改變異染色質和p15的DNA甲基化狀態(tài),從而調節(jié)p15的表達15。哺乳動物染色體末端部

10、分形成的端粒,對染色體穩(wěn)定是必不可少的,并在老化和疾病(如癌癥中發(fā)揮中心作用?，F在認為端粒重復序列為端粒轉錄的RNA(TelRNA或端粒重復含有的RNA。這些ncRNA 是異源的,由若干亞端粒位點轉錄而成。在體外TelR2 NA影響端粒酶的活性,因此在染色體內可能調節(jié)端粒酶活性16。3長片段非編碼RNA與疾病最近注意到許多疾病狀態(tài)下lncRNA s異常表達,提示lncRNA的多方面的作用潛在地與疾病的發(fā)生相關。比較分析腫瘤細胞和正常細胞lncRNA s表達狀況,發(fā)現其在多種癌癥細胞中的表達發(fā)生變化。例如,結腸癌超表達非編碼RNA(OCC-1在結腸癌細胞中表達量很高;前列腺特異性轉錄物(PCGE

11、 M1在前列腺腫瘤細胞的增殖以及群體形成相關,表明該轉錄物參與了調節(jié)細胞生長;在原發(fā)性肝癌細胞中高保守的與小鼠同源的激活T細胞核因子2(NEAT2高表達。盡管癌癥細胞中出現了一些lncRNA s的異常表達,但其功能和潛在的致癌作用仍然不清楚。除了癌癥之外,lncRNA s還在其他疾病中出現異常表達,如外膜蛋白(PR I N S基因的超表達與銀屑病易感性相關。如果調節(jié)相關蛋白編碼基因的lncRNA s表達,解除對有臨床意義蛋白質編碼基因的控制,該lncRNA可能有致病能力。調控阿爾茨海默病的關鍵酶分泌酶(BACE1基因表達的反義lncRNA,在阿爾茨海默氏病人的大腦中表現出高表達17,18。主要

12、參考文獻ti onal sur p rises fr om the RNA world.Genes&Devel opment,23(13:14941504RNA classes and a possible functi on for pervasive transcri p ti on.Sci2 ence,316(5830:14841488of10human chr omos omes at5-nucleotide res oluti on.Science,308 (5725:11491154RNA poly merase II.Nature Structural&Molec

13、ular B i ol ogy,14(2:103105corres ponding human and mouse genom ic regi ons unalignable in p ri2 mary sequence contain common RNA structure.Genome Research, 16(7:885889RNA poly merase II transcri p ti on.Nature Revie ws.Molecular CellB i ol ogy,7(8:612616transcribed fr om the D lx-5/6ultraconserved

14、regi on and functi ons asa D lx-2transcri p ti onal coactivat or.Genes&Devel opment,20(11:14701484cally modify RNA-binding p r oteins in cis t o inhibit transcri p ti on.Nature,454(7200:126130of the human dihydr of olate reductase gene by a non-coding interfer2 ing transcri p t.Nature,445(7128:6

15、66670RNA s.Sciences STKE:Signal Transducti on Knowledge Envir on2 ment,2006(355:40蛋白質組學研究的相關技術進展馮雪王彬(河北省廊坊師范學院生命科學學院065000黃占景沈銀柱(河北師范大學生命科學學院石家莊050016摘要蛋白質組學的特點是采用高分辨率的蛋白質分離手段,結合高效率的蛋白質鑒定技術,全景式地研究在各種特定情況下的蛋白質譜。本文就蛋白質組學研究中的雙向聚丙烯酰胺凝膠電泳、質譜技術和蛋白質芯片技術的研究進展進行了綜述。關鍵詞蛋白質組學雙向聚丙烯酰胺凝膠電泳質譜技術基因組中的大多數基因最終都是通過蛋白質的

16、表達、修飾和相互作用來實現其功能的。因此對蛋白質的分析已經成為生命科學研究的重要內容之一,這對解析生命現象的分子機制至關重要。隨著多種生物基因組計劃的實施和完成、蛋白質研究技術的發(fā)展和突破以及生物信息學的發(fā)展,人們開展了大規(guī)模的蛋白質分析,蛋白質組學隨之產生。1蛋白質組學的相關技術1994年,澳大利亞Macquarie大學的W ilkins和W illiam s首先提出了蛋白質組(p roteome的概念,它源于蛋白質(p rotein基因組(genome兩個詞的結合,意為在一種細胞內存在的全部蛋白質。盡管蛋白質組概念提出至今只不過十多年時間,但它的研究可以追溯到二十多年前OFarrel和Kl

17、 ose各自創(chuàng)建的蛋白質高分辨雙向凝膠電泳(t wo-di mensional gel electr ophore2 sis,2-DE。OFarrel將大腸桿菌細胞抽提物進行雙向電泳后,分離到1100個蛋白質組分,從此拉開了蛋白質組研究的序幕1。蛋白質組研究中主要應用的技術包括:雙向電泳(2-DE、新型質譜(MS技術、數據庫設置與檢索系統(tǒng)等。為了保證分析過程的精確性和重復性,大規(guī)模的樣品處理機器人也被應用。整個研究過程包括:樣品處理、蛋白質分離、蛋白質豐度分析、蛋白質鑒定等步驟。當前,蛋白質組分析雖然以雙向電泳和質譜分析為其技術基礎,但離不開各種先進的技術分析和圖像分析軟件及網絡技術的支持。1

18、.1雙向聚丙烯酰胺凝膠電泳雙向凝膠電泳是基于第一向蛋白質的等電點不同用等電聚焦分離,第二向則按分子量的不同用S DS-PAGE分離,把復雜蛋白質混合物中的蛋白質在二維平面上分開。近年來,經過多方面改進雙向凝膠電泳已成為研究蛋白質組的核心方法3,4。利用雙向點脈技術來分離某一蛋白質組所有蛋白的兩個關鍵參數是其分辨率和可重復性。在目前情況下,雙向凝膠電泳的一塊凝膠板(16cm x20cm可分離出30004000個,甚至上萬個可檢測的蛋白斑點,這與10萬個基因可表達的蛋白數目相比還是太少了。20世紀80年代開始采用固定化pH梯度膠,克服了載體兩性電解質陰極漂移等許多缺點而得以建立非常穩(wěn)定且可隨意精確

19、設定的pH梯度。據此可建立很窄pH范圍的凝膠電泳,對特別感興趣的蛋白斑點做第二輪分析,從而大大提高了分辨率,這是雙向凝膠電泳技術上的一個非常重要的突破。目前雙向凝膠電泳技術仍面臨著挑戰(zhàn),如低拷貝蛋白的鑒定、極酸或極堿蛋白質的分離、極大(> 200kD或極小(<10kD蛋白的分離和難溶蛋白的檢測,這類蛋白涉及一些重要的膜蛋白。基于此,國際上也重視以色譜/電泳-質譜為主的技術。1.2質譜技術質譜(mass s pectr ometry是帶電原子、分子或分子碎片按質荷比(或質量的大小順序排scri p t regulates Zeb2/Si p1gene exp ressi on during Snail1-induced ep ithelial-mesenchy mal transiti on.Genes&a