incRAN研究的前景及展望(谷红利).docx

红色字体的是我认为比较有用的信息，黑色字体的信息有一定的帮助，可不看。很多在生物发育的某些阶段产生，具有组织或细胞特异性，其功能涉及染色体结构动态变化、端粒生物学、亚细胞结构组成、基因组印记、剂量补偿效应等很多生命过程。有的虽然转录后很快被降解，但同样具有重要的调节功能；有的虽短暂的表达，但可以产生长期的调控效应。研究表明，人类的很多疾病都和的表达异常相关，如白血病、结肠癌、前列腺癌、乳腺癌、肝细胞、牛皮癣、冠心病、阿尔茨海默病、脊髓小脑共济失调型和糖尿病等。目前发现的少量人类lncRNAs 参与了一系列的生物过程，包括表观遗传学调控，选择性剪切，入核转运，作为结构元件，作为小RNA前体，甚至作为mRNA衰变的调控子等。更重要的是越来越多的研究表明lncRNA的异常调控广泛参与了多种人类疾病，包括肿瘤的发生和发展。lncRNAs 是具有广阔的疾病诊断和治疗应用前景。在某种癌症中特异性表达的lncRNAs 的差异表达或高表达可用以开发新型的肿瘤标志物，这些lncRNAs 可能与病人对化疗的敏感性密切相关。加深对lncRNAs 作用机制的理解将提供调控基因表达的新方法，例如开发与miRNA结合位点竞争的类似物，染色质重塑因子或DNA。研究者指出介导转录基因沉默（transcriptional gene silencing， TGS）途径，尤其是抑癌基因和原癌基因TGS途径有可能为开发新型治疗方法的提供新的思路。lncRNA起初被认为是RNA聚合酶转录的副产物，不具有生物学功能。然而，近年来的许多研究表明，lncRNA以RNA的形式调控蛋白编码基因在表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等多种层面的表达水平，并且参与了载染色体沉默，基因组印记现象以及染色质修饰、转录激活、转录干扰，及转录后调控、核内运输、调节原癌基因活化等多种重要的调控过程，它即可以抑制蛋白编码基因的表达，亦可活化某些蛋白编码基因表达，作用机制也多种多样，如染色质重塑、辅助蛋白质活化、转录因子活化与转运、作为“ 支架”与蛋白结合进而引导其定位于基因组上特定位点等。lncRNA的这些调控作用也开始引起人们广泛的关注对于lncRNA在分子水平上的功能，近年来的研究得出以下几个方面：（一）通过在蛋白编码基因上游启动子区发生转录，干扰下游基因的表达；（二）通过抑制RNA聚合酶或者介导染色质重构以及组蛋白修饰，影响下游基因表达；（三）通过与蛋白编码基因的转录本形成互补双链，进而干扰mRNA的剪切，从而产生不同的剪切形式；（四）通过与蛋白编码基因的转录本形成互补双链，进一步在Dicer酶作用下产生内源性的泽siRNA，调控基因的表达水平；（五）通过结合到特定蛋白质上，lncRNA转录本能够调节相应蛋白的活性；（六）作为结构组分与蛋白质形成核酸蛋白质复合体；（七）通过结合到特定蛋白上，改变该蛋白的胞质定位；（八）作为小分子RNA，如miRNA、piRNA的前体分子转录。大量的研究表明，多种疾病与lncRNA的异常表达相关，如银屑病、阿尔茨海默病、脊髓小脑共济失调病、前列腺癌、白血病等。问题与展望疾病的发生是细胞内多个分子多环节作用失调的结果，蛋白编码基因仅仅是疾病发生过程中复杂分子网络相互作用中的一部分，随着更多的lncRNA被证实，必将为从DNA、RNA、蛋白质三个方面研究疾病发生的复杂分子网络机制迎来曙光。迄今为止，人们对于哺乳动物细胞内非编码RNA调控机制的了解还十分有限。近年来对于非编码RNA中的小非编码miRNA的研究取得了很多成果。相对于蛋白编码序列以及各种小分子RNA，对于lncRNA的研究相对来说还比较少，但随着研究的深入，更多的lncRNA被发现，更多的疾病与lncRNA异常表达有关系。但这些lncRNA通过什么机制影响肿瘤形成与进展，目前尚不清楚。其功能与调控机制仍有待进一步研究。因此对lncRNA及其功能的研究仅仅是冰山一角。相对于传统的基因组预测、构建cDNA文库、过表达技术、siRNA介导的基因沉默技术，随着更多新一代测序技术及生物信息学技术的迅猛发展，如micrqarray芯片杂交技术、高通量筛查技术、新一代高通量测序技术，结合生物信息学的预测工具，人们将能够更快更有效率地发现那些具有重要调控功能的lncRNA。另外，lncRNA的某些功能是在其高级结构上发挥生物学作用的，而我们现在用到的很多技术都在一级结构上，因此，甚至未来可以结合生物信息学方法设计具有高级结构的lncRNA，研究它们的功能来帮助我们研究生命现象。如果说miRNA是当今最耀眼的明星，那么lncRNA，必将成为后起之秀，成为疾病发生过程中人类所认识的复杂分子网络中重要一分子。人们对lncRNA(Long noncoding RNAs, LncRNAs) 的认识还处在初级阶段，lncRNA起初被认为是基因组转录的“噪音”，是RNA聚合酶II转录的副产物，不具有生物学功能。然而，近年来的研究表明，lncRNA参与了X染色 体沉默，基因组印记以及染色质修饰，转录激活，转录干扰，核内运输等多种重要的调控过程，lncRNA的这些调控作用也开始引起人们广泛的关注。哺乳动物 基因组序列中4%9%的序列产生的转录本是lncRNA（相应的蛋白编码RNA的比例是1%），虽然近年来关于lncRNA的研究进展迅猛，但是绝大部分的lncRNA的功能仍然是不清楚的，随着研究的推进，各类 lncRNA 的大量发现，lncRNA 的研究将是 RNA 基因组研究非常吸引人的一个方向，使人们逐渐认识到基因组存在人类知之甚少的“暗物质”。据物理学家组织网近日报道，最近，美国加利福尼亚大学旧金山分校科学家利用小鼠模型研究发现，过去认为是垃圾的长非编码RNA（lncRNAs）在大脑发育中扮演重要角色，和多种破坏性神经疾病有关，如亨廷顿舞蹈病、老年痴呆症等。研究人员指出，这一发现把lncRNAs和神经细胞类型、发展过程及人类疾病状态联系在一起，会促进人们进一步研究染色体中那些被忽视的DNA片段，确定它们的作用。相关论文在线发表于近日出版的细胞干细胞杂志上。UCSF研究人员指出，以往的基因组研究项目主要探索能给蛋白质编码的基因，在编码基因末端含有大量的非编码基因，被当做垃圾搁置一边。他们集中研究了长非编码RNA分子，这种分子就像信使RNA一样，也是从DNA转录而来，由独一无二的核苷酸序列构成；不同的是，它们虽能指导蛋白质的合成，但本身并不携带蛋白质模板信息。过去，人们一直以为它们不能影响细胞的命运或活动。有证据表明，lncRNAs可以把结构蛋白和含有DNA的染色体结合在一起，直接影响基因活动和细胞生理功能无需改变基因编码。也就是说在细胞内，lncRNA分子的作用是“外在”的，超越于基因，不会因DNA的变化而改变。研究小组结合了几种互补的先进测序技术，分析了成熟小鼠脑部室下区（在亨廷顿舞蹈病中这里的神经元被破坏）神经干细胞系lncRNAs的表达，识别出约2000个这种分子，其中有一组含有88个非编码RNA的片段和亨廷顿舞蹈病（一种致命的神经退行性紊乱）之间有关联，另一组特殊的长非编码RNA与老年痴呆症、痉挛性癫痫、大部分抑郁障碍和多种癌症之间都有弱关联。研究人员认为，哺乳动物体内（包括小鼠和人类）约有9000个lncRNAs分子。“这些神秘的RNA分子在大脑中有什么功能，人们还只是刚开始研究。”论文高级作者、该校伊莱和伊迪特布罗德中心再生医学与干细胞研究中心神经外科副教授丹尼尔里姆说。实验中生成了大量的数据需要进一步探索，他们建了一个网站让其他科学家也能共享这些数据，共同研究lncRNAs在发育与疾病中的作用。调控性lncRNAs历史悠久人们对“长非编码RNA”（lncRNA）的演化史知之甚少，但这方面的信息可帮助了解它们的功能。为此，Henrik Kaessmann及同事发表了对11种四足动物的全部lncRNA及表达模式所做的首次大规模演化研究。他们识别出了超过1万个灵长类特有的lncRNA和大约2500个高度保守的lncRNA，其中大约400个很可能起源于至少3亿年前，这在四足动物历史上是非常早的。很多lncRNA，尤其是那些更古老的，目前仍在积极使用中，其功能可能主要是调控胚胎发育以及从精子生成到突触传递的其他功能。3长片段非编码RNA与疾病最近注意到许多疾病状态下lncRNAs异常表达，提示lncRNA的多方面的作用潜在地与疾病的发生相关。比较分析肿瘤细胞和正常细胞lncRNAs表达状况，发现其在多种癌症细胞中的表达发生变化。例如，3结肠癌超表达非编码RNA(OCC1)在结肠癌细胞中表达量很高；前列腺特异性转录物(PCGEMl)在前列腺肿瘤细胞的增殖以及群体形成相关，表明该转录物参与了调节细胞生长；在原发性肝癌细胞中高保守的与小鼠同源的激活T细胞核因子2(NEAT2)高表达。尽管癌症细胞中出现了一些IncRNAs的异常表达，但其功能和潜在的致癌作用仍然不清楚。除了癌症之外，lncRNAs还在其他疾病中出现异常表达，如外膜蛋白(PRINS)基因的超表达与银屑病易感性相关。如果调节相关蛋白编码基因的lncRNAs表达，解除对有临床意义蛋白质编码基因的控制，该lncRNA可能有致病能力。调控阿尔茨海默病的关键酶_B分泌酶(