ncRNA與腫瘤-博導論壇-德偉

mRNAmicroRNAlncRNAGeneticsEpigeneticsProtein：Cytokine……第一頁，共54頁。OverviewofEukaryoticTranscriptomeandncRNARNATranscriptsProtein-codingmRNA(<3%)Non-codingRNATranscripts(>97%)HousekeepingRNAsRegulatoryRNAspiRNAmiRNAsiRNAtRNArRNAsnRNAlncRNA第二頁，共54頁。RNA組和RNA組學RNA組指一種生物體或一個細胞或組織中的全部的RNA分子。RNA組學指以RNA組為研究對象，研究細胞內(nèi)所有RNA分子的結(jié)構(gòu)和功能及其在不同生理條件下動態(tài)變化規(guī)律的科學。第三頁，共54頁。RNA在基因表達中有調(diào)控功能RNA有催化功能rRNA有轉(zhuǎn)肽酶活性RNA編輯、RNA的再編碼RNA作為端粒酶的組成成份在維持端粒DNA長度中的模板作用等等。這使得人們逐漸接受生命可能起源于RNA而非DNA的觀點，逐漸認識到RNA的生物學功能遠非僅僅傳遞遺傳信息那么單一。第四頁，共54頁。細胞因子抗體芯片分子生物學抗體芯片轉(zhuǎn)錄因子活性芯片microRNA表達譜芯片microRNAPCR芯片Longnon-codingRNA芯片基因芯片表達譜芯片功能分類PCR芯片MeDIP-chipChIP-on-chipaCGHRNASequencingmRNATagProfilingSmallRNASequencingMeDIP-SequencingChIP-SequencingMicroarraySequencing第五頁，共54頁。轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄是指DNA指導的RNA合成。反應是以DNA為模板，在RNA聚合酶催化下，以四種三磷酸核苷（NTP）即ATP、GTP、CTP及UTP為原料，各種核苷酸之間的3′、5′磷酸二酯鍵相連進行的聚合反應。合成反應的方向為5′→3′。轉(zhuǎn)錄作用過程可以分為三個階段：起始、延長及終止。第六頁，共54頁。mRNA水平研究方法高/低通量一次實驗檢測基因數(shù)Northernblot、RT-PCR等低通量一個基因功能分類PCR芯片相對高通量84或370個基因全基因組表達譜芯片高通量幾萬個基因(人、小鼠約40000個基因)mRNA高通量測序高通量幾萬個基因基于mRNA水平的實驗檢測方法第七頁，共54頁。常規(guī)數(shù)據(jù)分析深入數(shù)據(jù)挖掘表達譜芯片數(shù)據(jù)結(jié)果差異基因篩選GO、Pathway分析基因網(wǎng)絡分析(PathwayStudio)

分子標志物篩選（PAM）第八頁，共54頁?；蚓W(wǎng)絡關(guān)系基因表達上調(diào)/下調(diào)基因的細胞定位基因?qū)牡鞍最愋蜕钊霐?shù)據(jù)挖掘1----基因網(wǎng)絡分析(PathwayStudio)PathwayStudio應用：pathway分析及其可視化第九頁，共54頁。轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控----表觀遺傳（Epigenetics）

定義：沒有DNA序列變化的、可遺傳的基因表達改變主要機制：DNA甲基化、組蛋白修飾及非編碼RNAGeneRegulation第十頁，共54頁。一.DNA甲基化（DNAmethylation）RegulationofgeneexpressionInactiveXchromosomeDevelopment/DifferentiationCancerandotherdiseasesDNA甲基轉(zhuǎn)移酶SAMSAH胞嘧啶5-甲基-胞嘧啶甲基化供體第十一頁，共54頁。DNA甲基化與疾病DNMTsFRPWIFDkksC-Myc,etc抑癌基因MetabolicDiseaseCardio-vascularDiseaseAuto-ImmunDiseaseCancerMethylation腫瘤：整體基因組低甲基化（染色體不穩(wěn)定）部分基因啟動子高甲基化（如抑癌基因）第十二頁，共54頁。StatisticsonarticlespublishedabouthistonemodificationsinPubMed.(BMCBioinformatics,2009)二.組蛋白修飾（Histonemodifications）第十三頁，共54頁。激活標志沉默標志甲基化

H3（K4、K36、K79）H3（K9、K27）H4（K20）乙?；疕3（K9、K14、K18、K56）H4（K5、K8、K12、K56）H2B（K6、K7、K16、K17）組蛋白修飾與基因表達調(diào)控Histone-modificationmapsforatypicalchromosomeinnormalandcancercells.(NatRevGenet,2007)DNArepeatstumour-suppressorgenesActiveRepressActiveRepress第十四頁，共54頁。表觀遺傳學----實驗技術(shù)平臺表觀遺傳學機制低通量高通量芯片平臺測序平臺DNA甲基化

(5’-methyl-Cytosin)BSP,MSPMeDIP-PCRMeDIP-chipMeDIP-Seq組蛋白修飾及轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控ChIP-PCREMSAChIP-on-chipChIP-Seq第十五頁，共54頁。轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控—轉(zhuǎn)錄作用產(chǎn)生出的mRNA、tRNA、rRNA及小分子RNA的初級轉(zhuǎn)錄本全是前體RNA，而不是成熟的RNA，它們沒有生物學活性，還要在酶的作用下，進行加工才能變?yōu)槌墒斓模谢钚缘腞NA?！{(diào)控方式：1.5′末端帽子的生成2.3′末端多聚A尾的生成3.剪接作用4.RNA編輯5.microRNA6.lncRNA第十六頁，共54頁。LanderE.Nature,2001TaftRandMattickJ.Bioessays,2007NoncodingDNAinthegenomeofdifferentspeciesComplexfungiProkaryotesUrochordateSimpleeukaryotesInvertebratesPlantsVertebratesVertebratesCiona(urochordate)InvertebratesPlantsComplexfungi(Neurospora)Simpleeukaryotes(yeasts,plasmodium,Dictyostelium)Prokaryotes100%75%50%25%0%RatioofnoncodingDNAingenomelowhigh第十七頁，共54頁。

SmallRNA：Hottopics

2002年12月20日，Science雜志將“SmallRNA&RNAi”評為2002年度最耀眼的明星。同時，Nature雜志亦將SmallRNA評為年度重大科技成果之一.2000-2005年,小片斷核糖核酸連續(xù)五年入選“十大科技突破”.

2006年RNA干擾現(xiàn)象(RNAi)獲得諾貝爾生理醫(yī)學獎.2008年,SmallRNA被美國《Science》雜志評為“2008年值得關(guān)注的科研熱點”之一.第十八頁，共54頁。ncRNAlncRNA（長鏈非編碼RNA）miRNApiRNA….tRNA…非編碼RNA（ncRNA）的分類第十九頁，共54頁。Animals(mostly)Plants(mostly)Targeting3’UTRofmRNAwithimperfectmatch–leadingtogenesilencing(translationalrepressionormRNAdegradation)

microRNAbasicfeaturesShortnon-codingRNA19-22nucleotidesPost-transcriptionalregulatorsAlteredmicroRNAexpressionprofilesareassociatedwithanumberofdiseasescancerdiabetesneurologicaldiseaseviralinfection)第二十頁，共54頁。BackgroundoflncRNA長鏈非編碼RNA(lncRNA)是一類轉(zhuǎn)錄本長度超過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)控基因的表達水平。

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外顯子分本別用藍色和黃色表示第二十一頁，共54頁。lncRNAsparticipateinmanyprocessesthatcontrolgeneexpressionandcelldifferentiationEpithelial-mesenchymaltransitionGermlinedevelopmentandfunctionBonemorphogenesisCardiacmuscledevelopmentImprintinggenesregulationXchromosomeInactivation……Xist(X-inactive-specifictranscript)(GeneDev,2007)Interphasemousenucleus:XistRNA(green)withtheinactiveXchromosomeDNA--DAPI(blue)第二十二頁，共54頁。TheMechanismoflncRNAFunctionNatRevGenetics,2009Dlx5第二十三頁，共54頁。lncRNAandtumourlncRNAHOTAIR通過綁定PRC2復合物介導一系列抑癌基因的H3K27三甲基化，從而促進乳腺癌的侵襲轉(zhuǎn)移----NATURE|Vol464|15April2010.lncRNAANRIL也可以通過綁定PRC2介導抑癌基因p15INK4B表達的沉默，進而促進細胞的增殖----Oncogene(2010)第二十四頁，共54頁。Humancancer-associatedLncRNA第二十五頁，共54頁。ncRNA可能是生物網(wǎng)絡的重要元件proteinncRNA?ncRNA第二十六頁，共54頁。NSCLC中miR-451的研究miRNA芯片及real-timePCR檢測發(fā)現(xiàn)miR-451在NSCLC組織中較癌旁組織出現(xiàn)了明顯的表達下調(diào)

-----MicroRNA-451functionsasatumorsuppressorinhumannon-smallcelllungcancerbytargetingras-relatedprotein14(RAB14).RWang,Z-XWang,J-SYang,XPan,WDeandL-BChen.Oncogene(2011)1–15第二十七頁，共54頁。miR-451的表達量與NSCLC的細胞分化、病人的分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)

-----MicroRNA-451functionsasatumorsuppressorinhumannon-smallcelllungcancerbytargetingras-relatedprotein14(RAB14).RWang,Z-XWang,J-SYang,XPan,WDeandL-BChen.Oncogene(2011)1–15第二十八頁，共54頁。miR-451的表達量與NSCLC病人的預后密切相關(guān)

-----MicroRNA-451functionsasatumorsuppressorinhumannon-smallcelllungcancerbytargetingras-relatedprotein14(RAB14).RWang,Z-XWang,J-SYang,XPan,WDeandL-BChen.Oncogene(2011)1–15第二十九頁，共54頁。miR-451通過調(diào)控靶基因RAB14發(fā)揮功能

-----MicroRNA-451functionsasatumorsuppressorinhumannon-smallcelllungcancerbytargetingras-relatedprotein14(RAB14).RWang,Z-XWang,J-SYang,XPan,WDeandL-BChen.Oncogene(2011)1–15第三十頁，共54頁。胃癌中miR-196a的研究Real-timePCR檢測發(fā)現(xiàn)miR-196a在胃癌組織中較癌旁組織出現(xiàn)了明顯的表達上調(diào)第三十一頁，共54頁。miR-196a啟動子區(qū)DNA的甲基化影響了miR-196a的表達第三十二頁，共54頁。miR-196a在癌組織中的表達量顯著高于癌旁組織，且與胃癌病人的腫瘤的大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、分期密切相關(guān)第三十三頁，共54頁。miR-196a的表達量與病人的預后相關(guān)第三十四頁，共54頁。miR-196amiR-196a的高表達促進胃癌細胞的增殖第三十五頁，共54頁。miR-196a的靶基因miR-196aP27kip1HOXA5FOXO1第三十六頁，共54頁。miR-196a靶向作用于P27kip1MiR-196a

isupregulatedingastriccancerandpromotescellproliferationbydownregulatingp27(kip)SunM,LiuXH,LiJH,YangJS,ZhangEBWangZX,CaoXF,DeWMolCancerTher

2012Apr

第三十七頁，共54頁。Ap53dependentlncRNATUG1regulatesNSCLCcellsProliferationbyepigeneticlyrepressingHOXB7expressionLocation:22q12.2,7081ntThus,TUG1isinducedbyp53,bindstoPRC2,andhasaroleinrepressingspecificgenesinvolvedincell-cycleregulation.----PNAS.2009Jul14;106(28):11667-72.p53TUG1cell-cyclegenesTUG1isoverexpressedinurothelialcarcinomaofthebladder，Cellproliferationinhibitionandapoptosisinductionwereobservedin

TUG1

siRNA-transfectedcells.

---JSurgOncol.2012Sep7對于TUG1在腫瘤中作用的確切分子機制尚無相關(guān)報道。第三十八頁，共54頁。Figure1.RelativeTUG1expressioninNSCLCtissuesanditsclinicalsignificance.第三十九頁，共54頁。、Figure2TheeffectofTUG1onNSCLCcellsproliferation第四十頁，共54頁。第四十一頁，共54頁。Figure3TUG1canregulateHOXB7expression

第四十二頁，共54頁。Figure4HOXB7contributetoNSCLCcellproliferationviaAKTpathyway第四十三頁，共54頁。Figure5TUG1inhibitedtumorgrowthinvivo第四十四頁，共54頁。Figure6HOXB7wasnegativelyassociatedwithTUG1expression第四十五頁，共54頁。HOXB7NSCLCcellproliferationp53p53p53TUG1PRC2SUZ12EEDEZH2H3K27m3H3K27m3第四十六頁，共54頁。AHER2competingendogenousRNAHOTAIRpromotesgastriccancercellsinvasionbyspongingmiR-331-3p第四十七頁，共54頁。Figure1.