概述
隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，我們對RNA的認識不斷加深：全基因組只有2%左右為編碼蛋白的mRNA，而不能編碼蛋白的lncRNA（longnoncoding RNA）則具有重要的功能調節意義。哺乳動(dòng)物基因組序列中4%~9%的序列產(chǎn)生的轉錄本是lncRNA（相應的蛋白編碼RNA的比例是1%），它們是長(cháng)度超過(guò)200nt的RNA，雖然本身并不編碼蛋白，卻以RNA的形式參與了X染色體沉默，基因組印記以及染色質(zhì)修飾，轉錄激活，轉錄干擾，核內運輸等多種重要的調控過(guò)程，從而發(fā)揮其生物學(xué)功能。
lncRNA通常長(cháng)度在200-100000 nt，具有mRNA樣結構，經(jīng)過(guò)剪接，具有5’帽子和polyA尾巴結構，分化過(guò)程中有動(dòng)態(tài)的表達與不同的剪接方式。
作用機制
相對于小分子ncRNA而言，lncRNA具有相對較長(cháng)的核苷酸鏈，其分子內部具有特定而又復雜的二級空間結構，能提供與蛋白質(zhì)結合的多個(gè)位點(diǎn)，或與DNA、RNA之間通過(guò)堿基互補配對原則發(fā)生特異性動(dòng)態(tài)性相互作用，形成由lncRNA參與的復雜精確而微妙的基因表達調控網(wǎng)絡(luò )。
研究表明：lncRNA可作為人類(lèi)基因組中一類(lèi)非常重要的表觀(guān)遺傳調控因子，通過(guò)表觀(guān)遺傳轉錄調控以及轉錄后調控等多種機制調控DNA甲基化組蛋白修飾或染色質(zhì)重構，使基因沉默或激活。也可以作為一種競爭性?xún)仍葱?/span>RNA( competingendogenousRNA，ceRNA) 與miRNA相互作用，參與靶基因的表達調控，并在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。其主要通過(guò)以下4種作用方式發(fā)揮其生物學(xué)功能：
1. lncRNA可擔任信號分子角色；
當細胞受到特定刺激后，能夠表現出相應的組織特異性，并具有作為生物標記物的潛力。通過(guò)顯微鏡發(fā)現，X染色體特異性失活轉錄物Xist( Xin-activation-specifictranscript) ，lncRNA的熒光原位雜交信號幾乎覆蓋了整個(gè)X染色體。
2.引導型lncRNA通過(guò)與DNA或者蛋白質(zhì)結合，可將特定的復合體引導到正確的染色體位置上；
例如位于HOXA基因簇的5'端啟動(dòng)子區域的lncRNAHOTTIP，能夠增強HOXA的轉錄。HOTTIP通過(guò)染色質(zhì)纏繞接近其目標基因，并與MLL( mixedlineageleukemia) 接頭蛋白WDR5復合體結合，使WDR5/MLL復合體到達HOXA基因，進(jìn)一步改變甲基化情況來(lái)達到增強組蛋白H3賴(lài)氨酸-4的三甲基化( H3K4me3) ，即: lncRNAHOTTIP相當于起到類(lèi)增強子的作用，促進(jìn)了下游HOXA基因的轉錄。
3. lncRNA還可作為分子誘餌來(lái)誘導特定蛋白( 如轉錄因子) 并與之結合，該作用能使其序列下游的反應受到阻礙；
例如DNA損傷活化P21相關(guān)非編碼RNA( P21associated ncRNA DNA damage activated，PANDA) 與 核 轉 錄 因 子Y-( nucleartranscriptionfactor Y-，NFYA) 結合后，可抑制促凋亡基因的表達。
4.lncRNA可以作為蛋白質(zhì)復合物的骨架把兩個(gè)表觀(guān)修飾的酶聯(lián)合在一起。
例如同源異形盒基因轉錄的反義RNA( Hox transcript antisenseRNA，HOTAIR) 能夠將甲基化酶和去甲基化酶聯(lián)合起來(lái)，從而動(dòng)態(tài)控制與發(fā)育和疾病有關(guān)的基因的表達變化。
研究思路
通過(guò)Microarrayor Sequencing，找到樣本間或者組間差異表達的lncRNA，對其進(jìn)行qPCR驗證，然后可進(jìn)行lncRNA生物標記物研究或者lncRNA功能研究。
應用領(lǐng)域
1.與生物學(xué)過(guò)程相關(guān)
lncRNA的表達不僅具有細胞型和組織特異性，一些lncRNA 還在真核生物發(fā)育過(guò)程的特定階段表達。對線(xiàn)蟲(chóng)和果蠅發(fā)育過(guò)程中長(cháng)鏈非編碼 RNA 的表達研究發(fā)現, 這類(lèi) RNA 分子呈現出動(dòng)態(tài)的表達變化, 多數長(cháng)鏈非編碼RNA 具有精確的時(shí)間和空間表達模式, 有的表達模式還保守地存在不同種的果蠅中。原位雜交分析中發(fā)現, 在黑腹果蠅的胚胎發(fā)育過(guò)程中高表達的33個(gè) mRNA-like lncRNA, 有16個(gè)僅在中樞或者外周神經(jīng)系統中得到表達。
2.與疾病相關(guān)
研究發(fā)現，lncRNA 的表達或功能異常與人類(lèi)疾病的發(fā)生密切相關(guān)，其中就包括癌癥、退行性神經(jīng)疾病在內的多種嚴重危害人類(lèi)健康的重大疾病，具體表現為長(cháng)鏈非編碼 RNA 在序列和空間結構上的異常、表達水平的異常、與結合蛋白相互作用的異常等。
lncRNA與miRNA之間可通過(guò)相互調控作用來(lái)影響腫瘤的形成和進(jìn)展
由于多數lncRNA的結構與mRNA具有一定的相似性，提示miRNA可能通過(guò)類(lèi)似于mRNA的作用機制負向調控lncRNA的表達，進(jìn)而發(fā)揮一系列生物學(xué)作用。
人類(lèi)白血病細胞中存在一種能轉錄出多種lncRNA的極度保守區域( ultraconservedregion，UCR)，而這些lncRNA的表達水平與13個(gè)miRNA的表達明顯呈負相關(guān)。通過(guò)序列比對分析這13個(gè)miRNA發(fā)現，其中5個(gè)miRNA( miR-24 miR-155 miR-233 miR-146a miR-29b) 與UCR轉錄出來(lái)的lncRNA存在明顯的種子區匹配。當將潛在匹配序列克隆入熒光素酶基因的3'-UTR后，熒光素酶報告基因實(shí)驗證實(shí)miR-155 miR-24和miR-29b確實(shí)對這些lncRNA具有調控作用。之后對miR-155進(jìn)行進(jìn)一步驗證發(fā)現，當miR-155在MEGO1白血病細胞株中過(guò)表達時(shí)，目的lncRNA的表達水平明顯下降；反之，當降低miR-155表達時(shí)，目的lncRNA的表達明顯升高。
此外，miRNA不僅能負向調控特異性lncRNA的表達，同時(shí)也能促進(jìn)特異lncRNA的表達。
通過(guò)使用lncRNA芯片來(lái)對比肝癌細胞株和人肝細胞的lncRNA表達水平，檢測出具有抑癌活性的母本印跡表達基因3( maternallyexpressedgene3，MEG3) 在肝癌細胞中表達顯著(zhù)下調。并發(fā)現該類(lèi)細胞 中DNA 甲基化酶( DNAmethyltransferase，DNMT) 1和DNMT-3B的表達水平較高。進(jìn)一步研究發(fā)現，MEG3基因啟動(dòng)子區發(fā)生高度甲基化，當用siRNA技術(shù)降低肝癌細胞株中DNMT-1和DNMT-3B的表達后，MEG3的水平顯著(zhù)升高，從而抑制肝癌細胞增殖和促進(jìn)細胞凋亡。另外，通過(guò)體內實(shí)驗發(fā)現，在miR-29a敲除的轉基因小鼠中，肝臟組織中MEG3的鼠類(lèi)同系物的表達水平明顯低于野生型小鼠，進(jìn)一步證實(shí)miR-29a對MEG3的正向調控作用。
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