非编码RNA的研究进展.

Noncoding RNA 的 研究进展报告 生科院 彭瀚辉 2013.11.29,Noncoding RNA,Introduction,Classification,Research progress of ncRNA,The relationship with major disease,Future,Introduction,Noncoding RNA,非编码 RNA ( ncRNA) 存在于绝大多数生物体中，是一类不编码蛋白质的 RNA 分子 ，随着基因组测序等相关技术的进步与发展 ， 越来越多的 ncRNA 及其生物学功能被揭示出来 ，ncRNA 在发育、代谢和疾病等生命活动中都起着重要 的作用。,在哺乳动物基因组中mRNA只占全部转录本的2,其余98为非编码RNA,Classification,以长度划分,小于50nt: microRNA，siRNA，piRNA等。,50500nt: rRNA，tRNAsnRNA，snoRNA，SLRNA，SRPRNA等。大于500nt:mRNA-like noncoding RNA 等。,非编码RNA,短链非编码RNA,长链非编码RNA,microRNA：微RNA，长度约22nt，与基因表达、细胞周期以及个体发育过程调控领域起着超乎预料的重要的作用。siRNA：内源性siRNA ，最早被发现于果蝇 ，其长度为21bp，是一种与微RNA大小相似的双链RNA分子，它在RNA干扰(RNAi)途径中介导序列专一mRNA的降解。piRNA：piRNA的名称来自其与 Piwi蛋白密切相关 ，长度 是 3个小 RNA分子中最长的 ，约为24-31n t ，具有抑制可移 动的基因扩增 和移位 ，及维持基因组稳定性方面等功能.,短链非编码RNA,长链非编码RNA（50500nt）,rRNA和tRNAsnRNA：小核RNA(smallnuclearRNA)，它是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体（spliceosome）的主要成分，参与mRNA前体的加工过程。snoRNA：核仁小分子RNA，参与rRNA的加工，并指导rRNA上特异位点的甲基化或假尿嘧啶化。SLRNA：反式剪切引导RNA（trans-splicing leader RNA），反式剪切是真核生物mRNA成熟的过程之一。反式剪切过程包括剪切引导SLRNA以及mRNA的转录和连接过程。 SRPRNA：信号识别颗粒(signalrecognition particle SRP)RNA，是SRP的组成部分，与细胞内蛋白质的运转有关。,长链非编码RNA（大于500nt）,mRNA-like noncoding RNA：类mRNA RNA，是一类3端有PolyA，无典型ORF，不编码蛋白质的RNA分子，与细胞的生长和分化、胚胎的发育、肿瘤的形成和抑制密切相关的调节子。,Research progress of NcRNA,ncRNA的研究技术进展,ncRNA研究工作,大规模的鉴定新的非编码RNA,通过各种新方法研究非编码RNA的功能,理论预测,实验发现,借助计算机，从已有的非编码RNA中提取特征信息，然后以特征信息做全基因组搜索,简便快捷,以理论预测为目标进行大量的相关实验以发现全新的ncRNA,相辅相成,准确可靠,构建非编码RNA的cDNA文库,构建高密度的覆盖全基因组的芯片,RNomics,基因芯片,简单快捷，工作量小，可以检测到大量低丰度的非编码RNA,对仪器要求较高，成本也很高,操作简单，成本很低,不能准确的确定转录起始终止位点，也很难区分剪切加工产物,Rnomics,罗氏454基因组测序仪,Solexa高通量测序仪,RNomics的核心在于构建非编码RNA的cDNA文库，可以直接测序，这种方法简单快捷，工作量小，可以检测到大量低丰度的非编码RNA，但是对仪器要求较高，成本也很高，目前使用的测序仪主要有454和solexa两种。 而传统的克隆测序，工作量很大，且对低丰度的非编码RNA检测效率较差，但是这种方法操作流程比较简单，且对仪器设备要求不高，成本相对较低，因此现在仍被广泛使用。 目前Ambion公司、Invitrogen公司以及Qiagen公司都推出了可以用来构建非编码RNA cDNA文库的试剂盒。随着技术的改进和成本的降低，这种直接测序的方法将成为主流。,全基因组tiling芯片技术,2000年以后发展起来的广泛使用的非编码RNA检测技术，这种技术的核心在于构建高密度的覆盖全基因组的芯片，这种技术的优点在于不用构建cDNA文库，更不用做克隆，只要有分离纯化的非编码RNA就可以检测，操作简单，成本很低，可以检测到大量低丰度的非编码RNA。缺点在于不能准确的确定非编码RNA的转录起始终止位点，也很难区分剪切加工产物。目前生产这种芯片的主要有affymetrix公司和agilent公司,烟草全基因组芯片,非编码RNA的功能研究现状,非编码RNA的功能研究目前主要集中在microRNA和siRNA，主要原因在于这两种小RNA的功能作用方式，都是通过同目标基因进行碱基配对，寻找这些小RNA的靶点相对来讲比较容易。而对于长的非编码RNA来讲，它们往往要形成复杂的二级甚至是三级结构，预测其靶点比较困难。随着研究的深入，也有为数众多的长的非编码RNA的功能被鉴定出来，例如Xist和Khps1就属于长的带polyA尾巴的非编码RNA。,The relationship with major disease,神经系统疾病,ncRNA与神经系统的功能和调控有关 ，其异常表达会影响功能蛋白质 的翻译 ，miRNA失调可直接与神经变性疾病的发病机制相关 ，有作为疾病生物标记的潜在作用。 有学者对一些精神分裂症患者进行染色体构型分析 ，结果表明DISC1基因的异常与精神分裂症密切相关 。染色体 移位中破坏了DISC1 和DISC2基因 ，这可能是诱发精神分裂症的潜在机制之一 。,神经系统疾病,忧郁症,多动症,精神分裂症,自闭症,癌症,miRNA与食管癌 、胃癌 、结肠癌 、直肠癌和肝细胞癌紧密相关 。ncRNA与肺癌 、卵巢癌、霍金森淋巴瘤 、B 细胞型淋巴瘤 、乳头甲状腺瘤 、恶性胶质瘤 、睾丸生殖细胞瘤 、前列腺癌和膀胱癌也有关 。 miRNA可通过调控其靶基因参与的信号通路来影响肿瘤的发生和发展 ，有类似于癌基因或抑癌基因的作用 。,ncRNA与其它疾病,miRNA在白血病愈后及治疗中具有潜在的作用 。Schwind等对187例60 岁以下CN AML 患者进行研究 ，发现单一的miRNA与CN AML患 者的临床愈后相关。 此外，miRNA还与心血管疾病 、自体免疫病 、内分泌代谢病 、病毒感染性疾病 、皮肤病 、眼部疾病 、高血压病和淋 巴增殖性疾病等相关 ，且miRNA有能够成为心血管疾病和新陈代谢疾病的潜在标靶 。miRNA也与牛皮癣的易感性有关 。,Future,大量研究数据表明，高等生物多达一半以上的DNA转录为RNA，其中绝大多数为ncRNA。甚至，有的科学家预言ncRNA在生物发育的过程中，有着不亚于蛋白质的重要作用。但是，今天对整个ncRNA的世界却了解甚少，目前的主要任务是