lncrna介紹專題lncrna與其他非編碼rna

1、lncrna 介紹專題 lncrna 與其他非編碼 rnancRNA (non-coding RNA)是近年來發(fā)現(xiàn)的一類能轉(zhuǎn)錄 但不編碼蛋白質(zhì)的具有特定功能的 RNA 小分子。功能基因 組學(xué)的飛速發(fā)展將越來越多的目光引向了對非編碼轉(zhuǎn)錄產(chǎn) 物功能的研究。ncRNA根據(jù)大小可以分為兩組：大于200bp 的 long RNAs 以及小于 200bp 的 small RNAs，其中 long RNAs 包括 long non-coding RNA ( lncRNA )和 circleRNA， small RNAs 包括 miRNA、piRNA、snRNA 、snoRNA 等等。 lncRNAlncRN

2、A 一般是指長度大于 200 個核苷酸，沒有顯著 的蛋白質(zhì)編碼能力的的 DNA 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。雖然這個定義稍顯 武斷，但是它卻可以很好的區(qū)分 lncRNA 與 miRNA、piRNA 等小 RNA。 lncRNA 的分類是比較復(fù)雜的，根據(jù)它們在基因 組上的位置附近的編碼基因，可以將其分為以下 5 類：反義 型， antisense 內(nèi)含子型， intronic 基因間型， intergenic 分歧 型， divergent 增強(qiáng)子型， enhancer ：很多 lncRNA 都是 enhancer 型lncRNA，它們可以調(diào)控它們產(chǎn)生區(qū)域的增強(qiáng)子和其他調(diào) 控因子的作用。不同的 lncRNA 會存

3、在于細(xì)胞的不同地方： 存在于核內(nèi)或胞漿內(nèi)。根據(jù)其所處位置的不同，其發(fā)揮的作 用也不相同。有些 lncRNA 還可能同時存在于核內(nèi)和胞漿內(nèi)。 核內(nèi) lncRNA 占 lncRNA 的大多數(shù)，通過招募染色質(zhì)調(diào)節(jié)因 子(chromatin modifiers)到DNA上來發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，或者 作為一些核糖核蛋白的腳手架來發(fā)揮作用。而胞漿中的 lncRNA 作用于基因的轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)，如作為 miRNA 海 綿(可以是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，也可以是線性結(jié)構(gòu))，抑制 miRNA 對 mRNA 的作用。同時 lncRNA 還可以影響到 RNA 的半衰期(見下圖)。LncRNA起初被認(rèn)為是沒有功能的轉(zhuǎn)錄垃圾。 在經(jīng)過大

4、量研究論證后，大多數(shù)的 lncRNA 被確定是轉(zhuǎn)錄和 翻譯過程中的關(guān)鍵調(diào)控因子，在細(xì)胞正常功能發(fā)揮中有著重 要的影響。比如染色質(zhì)重塑、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控、細(xì)胞內(nèi)物 質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞核亞結(jié)構(gòu)形成、干細(xì)胞多能性、體細(xì)胞重編程、 發(fā)育調(diào)控、疾病發(fā)生等。在發(fā)揮這些功能時，1 ncRNA通過 不同的作用途徑及方式實(shí)現(xiàn)基因表達(dá)的調(diào)控。包括順式調(diào)節(jié) 與反式調(diào)節(jié)方式。另外， 1ncRNA 可以借助蛋白質(zhì)與 miRNA 網(wǎng)絡(luò)這兩種不同途徑來發(fā)揮具體的作用。 circ1eRNA 環(huán)狀 RNA(Circular RNA，circRNA)是一類具有閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)的 內(nèi)源性非編碼RNA，主要由前體RNA(pre-mRNA)通過

5、可 變剪切加工產(chǎn)生， circRNA 廣泛存在于所有真核生物中，并 且非常穩(wěn)定。 circleRNA 根據(jù)其可以來源可以分為 3 種：只 包含外顯子的 ecRNA (Exon-derived circRNA)，圖中的 A， B;只包含內(nèi)含子的ciRNA(circular intronic RNA)，圖中的 C； 一個內(nèi)含子插入到兩個外顯子之間EIciRNA(exon - intron circRNA )，圖中的D。目前，circRNA的研究已經(jīng)成為了 RNA 研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn) circRNA 在轉(zhuǎn)錄本中占 有相當(dāng)大的比例，有的表達(dá)豐度甚至顯著高于其他轉(zhuǎn)錄本。 circRNA 對基因的

6、表達(dá)有重要調(diào)控作用，在生物的發(fā)育進(jìn)程 中發(fā)揮了重要的生物學(xué)功能，目前認(rèn)為 circleRNA 的作用主 要集中在轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控方面，有以下 5類：促進(jìn) circleRNA父基因的轉(zhuǎn)錄：ciRNA及ElciRNA定位在核內(nèi)并 調(diào)控父基因的表達(dá)。父基因：指的是 circleRNA 來源的基因， 下同。mRNA捕獲：circleRNA的產(chǎn)生伴隨著他們父基因的 轉(zhuǎn)錄，因此circleRNA很可能可以競爭性的影響mRNA的產(chǎn) 生及處理過程。 miRN 海綿：一些 circleRNA 具備 miRNA 的 保存結(jié)合位點(diǎn)。 RBP 海綿：可以調(diào)節(jié) RBP 的功能，如 Argonaute (Ago), po

7、lymerase II 等。 RBP： RNA binding protein， RNA 結(jié)合蛋白。編碼蛋白質(zhì)：一些 circleRNA 還具 備核糖體進(jìn)入位點(diǎn)，可以編碼蛋白質(zhì)發(fā)揮功能。miRNA微小 RNA(microRNA, miRNA)是一類存在于動植物體內(nèi)、大小為 21 一 25 nt的內(nèi)源性非編碼單鏈小分子RNA，對轉(zhuǎn)錄后的基 因表達(dá)調(diào)控起重要作用。多細(xì)胞動物的miRNA的生物合成 起始于RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄出“莖環(huán)結(jié)構(gòu)”的前體miRNA 分子，然后Drosa酶(RNaselll)酶切去除前體miRNA分子 的基部的雙鏈。這個處理后的前體miRNA分子會被 Ran-GTP/Expro

8、tin5 轉(zhuǎn)運(yùn)至胞漿中，然后 Dicer 酶( RNaseIII) 繼續(xù)處理這個前提miRNA分子，形成一個包含miRNA的雙 鏈的miRNA分子(下圖B)。植物的miRNA的與動物有所不同，前體miRNA分子在細(xì)胞核中就會被DCL1酶(Docer-like 1)二步酶切成雙鏈miRNA分子，所以在植物體 內(nèi)很難找到前體 miRNA 分子(圖中使用方括號包圍)。然后 這個雙鏈 miRNA 就會在 HASTY(Exportin-5 在植物中的同 源類似物)的作用下運(yùn)轉(zhuǎn)到胞漿中并進(jìn)一步組裝，從而發(fā)揮 轉(zhuǎn)錄后調(diào)控作用(下圖A)。成熟的miRNA需要和RNA誘 導(dǎo)沉默復(fù)合體(RNA-induced s

9、ilencing complex，RISC)組裝 才能發(fā)揮作用。miRNA同靶mRNA的互補(bǔ)程度決定了靶 mRNA的命運(yùn)。如果是完全互補(bǔ)，則mRNA會被降解(下 圖A)，如果是部分互補(bǔ)配對，則只是導(dǎo)致mRNA沉默，并 不會誘導(dǎo) mRNA 降解。piRNApiRNA(PIWI-interacting RNA) 是一類可在生殖細(xì)胞中大量表達(dá)，并與PIWI蛋白相互作用 的非編碼小RNA( non-coding RNA,ncRNA)，通過沉默轉(zhuǎn)座 元件和調(diào)控編碼mRNA維持動物基因組穩(wěn)定，在生殖細(xì)胞發(fā) 育分化過程中發(fā)揮重要作用。同時piRNA的異常表達(dá)也與腫 瘤的關(guān)系密切。piRNA的生物發(fā)生過程在不

10、同的生物中并不 相同，在果蠅(D.melanogaster)中，前體piRNA的合成涉 及到異染色質(zhì)結(jié)合蛋白Rhino結(jié)合到H3K9me3基因座位。Rhino同時會結(jié)合Deadlock和Cutoff蛋白，后者會將保護(hù)前 體piRNA的5 端。然后前體piRNA在UAP-56蛋白的幫助 下轉(zhuǎn)運(yùn)到胞漿內(nèi)。再在 Zucchini 、Gasz 和 Armitage 等因子 的幫助下，形成成熟的piRNA。在小鼠(M.musculus)中， 轉(zhuǎn)錄因子A-MYB結(jié)合到典型的啟動子模體上開始piRNA的 轉(zhuǎn)錄，形成的 piRNA 前體經(jīng)歷 5加帽和3加尾之后，轉(zhuǎn) 運(yùn)到胞漿中。在胞漿中，進(jìn)行 5端修飾，載入到

11、 MIWI 蛋 白上，并3 修剪并甲基化后，形成成熟的piRNA。在秀麗 隱桿線蟲(C.elegans)中，F(xiàn)KH結(jié)合到Ruby模體開始了前 體 piRNA 的合成，然后前體 piRNA 轉(zhuǎn)運(yùn)到胞漿中，前體 piRNA 經(jīng)過 5和 3端修飾后(有可能是有 TOFU-1， TOFU-2 介導(dǎo))，和Piwi蛋白PRG-1結(jié)合，HENN-1會對piRNA進(jìn) 行甲基化修飾，最終形成成熟的piRNA。參考資料Long non-coding RNAs as regulators of the endocrine system. Nat Rev Endocrinol.Circular RNAs: biogenesis, expres