1、長(zhǎng)鏈非編碼RNA,Outlines,lncRNA的定義 lncRNA的來源 lncRNA的分類 lncRNA的功能及作用分析 lncRNA對(duì)基因的調(diào)控 lncRNA與臨床疾病,A. 是一類轉(zhuǎn)錄本長(zhǎng)度超過 200 nt(核苷酸單位 )的功能性 RNA 分子1; B. 位于細(xì)胞核或胞質(zhì)內(nèi); C. 它們?nèi)狈幋a蛋白的能力; D. 以 RNA 形式在多種層面上 (如表觀遺傳學(xué)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等方面 )調(diào)控基因的表達(dá)水平。,lncRNA的定義,Outlines,lncRNA的定義 lncRNA的來源 lncRNA的分類 lncRNA的功能及作用分析 lncRNA對(duì)基因的調(diào)控 lncRNA與臨床疾病

2、,編碼蛋白質(zhì)的基因結(jié)構(gòu)發(fā)生中斷而轉(zhuǎn)變成 lncRNAs,A,染色質(zhì)重組的結(jié)果，即兩個(gè)未轉(zhuǎn)錄的基因與另一獨(dú)立的基因并排重組而產(chǎn)生含多個(gè)外顯子的 lncRNAs,B,非編碼基因復(fù)制過程中的反移位產(chǎn)物,C,局部的串聯(lián)復(fù)制子鄰近產(chǎn)生,D,基因組中插入一個(gè)轉(zhuǎn)座成分而產(chǎn)生有功能的非編碼 RNA,E,Outlines,lncRNA的定義 lncRNA的來源 lncRNA的分類 lncRNA的功能及作用分析 lncRNA對(duì)基因的調(diào)控 lncRNA與臨床疾病,據(jù)其在基因組上相對(duì)于蛋白編碼基因的 位置,Outlines,lncRNA的定義 lncRNA的來源 lncRNA的分類 lncRNA的功能及作用分析 ln

3、cRNA對(duì)基因的調(diào)控 lncRNA與臨床疾病,2020/8/3,lncRNA,起初人們認(rèn)為,RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物,無生物學(xué)功能,基因轉(zhuǎn)錄的 “噪音”,JUNK DNA!,lncRNA的功能,2020/8/3,近期研究表明眾多l(xiāng)nc RNA具有多種生物學(xué)功能,1.參與X染色體沉默、基因組印記、染色質(zhì)修飾、 轉(zhuǎn)錄激活、轉(zhuǎn)錄干擾、核內(nèi)運(yùn)輸?shù)榷喾N重要調(diào)控過程。 2. 以多種模式保護(hù)蛋白編碼基因:如受到嚴(yán)格的功能限制以保護(hù)編碼基因的開放式可讀框(ORF);或表現(xiàn)為基因序列的較短延伸,以保護(hù)功能域和結(jié)構(gòu)。,lncRNA的功能,2020/8/3,3.Lnc RNA含有高效的關(guān)鍵序列, 類似于啟動(dòng)子等調(diào)控

4、因素, 具有比蛋白質(zhì)更敏感的結(jié)構(gòu)功能限制。 4. 一些進(jìn)化后的人類基因保守區(qū)域可被轉(zhuǎn)錄成lncRNA,如HAR18,在大腦皮質(zhì)發(fā)育階段早期神經(jīng)元內(nèi)表達(dá)。,lncRNA的功能,2020/8/3,5.研究顯示,哺乳動(dòng)物基因組序列中1%產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄本是可編碼蛋白,而有4%9%產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄本是lnc RNA,其中許多 lnc RNA僅在特定的發(fā)育階段出現(xiàn),或具有組織或細(xì)胞特異性,還有很多l(xiāng)nc RNA具有保守的二級(jí)結(jié)構(gòu)、剪切形式以及精確的亞細(xì)胞定位。 6.Lnc RNA既有順式調(diào)控作用，又有反式調(diào)控作用。,lncRNA的功能,2020/8/3,1、在編碼蛋白基因的上游啟動(dòng)子區(qū)轉(zhuǎn)錄,從而干擾鄰近蛋白編碼基因

5、的表 達(dá)(如酵母中的SER3基因 ); 2、抑制RNA聚合酶,或介導(dǎo)染色質(zhì)重構(gòu)和組蛋白修飾,而影響基因表達(dá); 3、與編碼蛋白基因的轉(zhuǎn)錄本形成互補(bǔ)雙鏈, 進(jìn)而干擾mRNA的剪切,產(chǎn)生不 同的剪切形式; 4、與編碼蛋白基因的轉(zhuǎn)錄本形成互補(bǔ)雙鏈,在Dicer酶作用下產(chǎn)生內(nèi)源性 的siRNA(小干擾RNA),調(diào)控基因的表達(dá)水平; 5、結(jié)合在特定蛋白質(zhì)上調(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; 7、結(jié)合在特定蛋白上從而改變?cè)摰鞍椎陌|(zhì)定位; 8、可作為小分子RNA(如miRNA、piRNA、mascRNA)的前體分子（如圖）。,lnc RNA的作用方式,2020/8/3,Ou

6、tlines,lncRNA的定義 lncRNA的來源 lncRNA的分類 lncRNA的功能及作用分析 lncRNA對(duì)基因的調(diào)控 lncRNA與臨床疾病,2020/8/3,目前發(fā)現(xiàn)的參與哺乳動(dòng)物基因活動(dòng)的lnc RNA已有上千個(gè),其調(diào)控基因表達(dá)的機(jī)制存在共性。 一般來說,lnc RNA主要從3個(gè)層面實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控。,轉(zhuǎn)錄后調(diào)控,一、表觀遺傳調(diào)控,2020/8/3,哺乳動(dòng)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,分別與H19和XistRNA密切相關(guān)。 近十年研究證實(shí)ln

7、cRNA與表觀遺傳調(diào)控密切相關(guān),并且發(fā)現(xiàn)了許多新的與基因調(diào)控有關(guān)lncRNA。,1 . 基因組印記,2020/8/3,基因組印記, 通常為共價(jià)標(biāo)記的DNA甲基化 (也可以是非共價(jià)標(biāo)記, 如DNA -蛋白質(zhì)和DNA -RNA交互作用, 核基因組定位等) , 還包括組蛋白乙酰化、甲基化等修飾。 雖然印記基因只占人類基因組的不到5% , 但在胚胎、 胎兒的生長(zhǎng)和出生后的發(fā)育中卻起著至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用, 對(duì)行為和大腦的功能也有很大的影響。,2020/8/3,DNA 甲基化參與基因印記的建立和維持, 它發(fā)生在生殖細(xì)胞的印記控制區(qū) (ICR ) 。 目前對(duì)這一領(lǐng)域的研究基本上是針對(duì)兩個(gè)基因印記區(qū): 17號(hào)

8、染色體近端的IGF2受體(Igf2r)區(qū)和7號(hào)染色體遠(yuǎn)端的Kcnq1區(qū), lncRNA 在這些印記位點(diǎn)發(fā)揮重要作用。LncRNA 在印記區(qū)介導(dǎo)等位基因沉默。,2020/8/3,目前已知的是,高達(dá)半數(shù)的哺乳動(dòng)物基因都能轉(zhuǎn)錄,而其中大部分轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是非編碼RNA21 (包括lncRNA),已有個(gè)別lncRNA被證明參與調(diào)控印記基因表達(dá)。 小鼠17號(hào)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)。,2、X 染色體失活,2020/8/3,。,X染色體失活的選擇和起始發(fā)生在胚胎發(fā)育的早期這一過程被X失活中(X-inactivation center,XIC) 所控制,是一種反義鏈轉(zhuǎn)錄調(diào)控模

9、式。 X染色體失活是由標(biāo)志性的約17kb大小的lncRNAXist順式作用介導(dǎo),它在哺乳動(dòng)物的X染色體失活中 非常重要。,2020/8/3,Xist(X inactive specific transcript)介導(dǎo)的X染色體失活的特征總結(jié)來說就是喪失激活性的組蛋白修飾(如乙?；?而獲得抑制性的組蛋白修飾(如H3K27的三甲基化),導(dǎo)致失活染色體上的許多CpG島啟動(dòng)子甲基化,失活的染色體依舊持續(xù)合成Xist,以維持本身的失活狀態(tài)。 但有活性的X染色體如何阻止XistRNA的結(jié)合機(jī)制還不明確。,2020/8/3,另有研究報(bào)道:X染色體失活尚存在另一機(jī)制,即與一種調(diào)控性小非編碼RNA有關(guān)。Xist

10、和反義鏈轉(zhuǎn)錄本Tsix退火復(fù)性后可形成一RNA二聚體, 在Dicer酶作用下,被加工剪切成約24-42nt大小的調(diào)控性siRNA,這一機(jī)制對(duì)于失活的X染色體上的抑制性異染色質(zhì)的修飾是必需的,因?yàn)閄染色體失活過程中組蛋白、賴氨酸和三甲基色氨酸等都需要這些siRNA,并且X染色體激活時(shí)X ist啟動(dòng)子區(qū)的CpG島甲基化也需要它們。,2020/8/3,以上機(jī)制或許可以推測(cè)lncRNA和RNA在染色質(zhì)重塑方面的作用與聯(lián)系,同時(shí)提示RNA調(diào)控存在著一個(gè)更為復(fù)雜的、交互的網(wǎng)絡(luò)。,二、轉(zhuǎn)錄調(diào)控,2020/8/3,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)在如下兩個(gè)方面： 1.LncRNA的轉(zhuǎn)錄

11、可以干擾鄰近基因的表達(dá)。 2.LncRNA 可作為共因子調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的活性。,1.LncRNA 的轉(zhuǎn)錄可以干擾鄰近基因的表達(dá),2020/8/3,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(hào)誘導(dǎo)該基因啟動(dòng)子上游一段lncRNA的表達(dá),它可調(diào)節(jié)RNA結(jié)合蛋白-TLS的活性,接著TLS抑制CREB結(jié)合蛋白和p300的活動(dòng),進(jìn)而使CCND1基因的表達(dá)沉默,2.LncRNA可作為共因子調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的活性,2020/8/3,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,它可與轉(zhuǎn)錄因子DLX2形成轉(zhuǎn)錄復(fù)合體, 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

12、的表達(dá)。 通過與影響啟動(dòng)子選擇的抑制性復(fù)合物相互作用,封鎖啟動(dòng)子區(qū)域來調(diào)控RNA聚合酶(RNA P)的活動(dòng)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(dòng)子作用的普遍機(jī)制。,三、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控,2020/8/3, LncRNA在轉(zhuǎn)錄后水平可與mNRA形成雙鏈RNA復(fù)合物,以掩蓋mRNA的主順式作用元件,從而調(diào)控基因表達(dá)。 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26,從而防止該內(nèi)含子被剪切(圖2E)。該區(qū)域含有對(duì)于Zeb2蛋白表達(dá)所必須的核糖體結(jié)合點(diǎn),Zeb2通過這種方式能夠提高Zeb2蛋白的表達(dá)量

13、。 這一例子說明lncRNA可以指導(dǎo)mRNA亞型的選擇性剪接。,2020/8/3,另外,lncRNA的復(fù)性(退火)具有靶向作用,使蛋白受體復(fù)合物能夠識(shí)別正義鏈mRNA轉(zhuǎn)錄本,這一作用類似于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,結(jié)合延長(zhǎng)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。,Outlines,lncRNA的定義 lncRNA的來源 lncRNA的分類 lncRNA的功能及作用分析 lncRNA對(duì)基因的調(diào)控 lncRNA與臨床疾病,大量研究表明，lncRNA從轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平參與蛋白質(zhì)編碼基因

14、調(diào)控，這些基因包括發(fā)育相關(guān)基因及疾病發(fā)生相關(guān)基因。 通過參與調(diào)控蛋白質(zhì)編碼基因，lncRNA既能影響細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，也能影響生物體發(fā)育過程中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路27。 基于上述研究結(jié)果，lncRNA失調(diào)似乎成為人類復(fù)雜性疾病發(fā)病的主要原因。,lncRNA失調(diào)相關(guān)疾病,2020/8/3,在多種癌癥lncRNA失調(diào)現(xiàn)象均有報(bào)道，例如白血病、結(jié)腸癌、前列腺癌、乳腺癌和肝癌等等。 通過對(duì)阿爾茨海默病的研究識(shí)別了一個(gè)-分泌酶基因的反義鏈lncRNA，-分泌酶產(chǎn)生A多肽推動(dòng)阿爾茨海默病的發(fā)展。,2020/8/3,lncRNA(ATXN8OS)在RNA水平上參與8型脊髓小腦共濟(jì)失調(diào)癥(spinocerebellar ataxia type 8，SCA8)的發(fā)生 。 在強(qiáng)直性肌營(yíng)養(yǎng)不良中，轉(zhuǎn)錄出的lncRNA上的三核苷酸或四核苷酸的重復(fù)擴(kuò)展形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，使剪接調(diào)節(jié)子遠(yuǎn)離它們正常的前體mRNA靶標(biāo)。,lncRNA失調(diào)相關(guān)疾病,2020/8/3,迄今為止,人們對(duì)于哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)lncRNA調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識(shí)仍存在許多障礙,包括它們的數(shù)量比例及它們的作用機(jī)制。因此提高對(duì)lncRNA等非編碼轉(zhuǎn)錄本的關(guān)注,對(duì)真核細(xì)胞基因編程中進(jìn)化更新和功能性RNA家族的擴(kuò)大是很重要的。,2020/8/3,雖然近年來關(guān)于lncRNA的研究進(jìn)展迅猛，但是絕大部分的l