一文参透：lncrna研究思路、模式和数据库应用

一文参透：lncRNA研究思路、模式和数据库应用. 作者：解螺旋.老谈导语当很多小伙伴还徘徊在miRNA时，lncRNA已经横空出世，还没得来得及反应过来lncRNA到底是怎么回事时，circRNA又开始崭露头角了。科研就是这样，你落后一步，便步步落后，跟娶媳妇生孩子是一样一样的。说回正题，应部分解螺旋粉丝的要求，今天老谈帮大家整体梳理了曾经红极一时、目前热度不减的IncRNA的研究思路和模式以及相关工具，希望能对那些想在IncRNA研究上有所作为的小伙伴能助上一臂之力。lncRNA研究思路IncRNA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。很多人看到lncRNA的热度还没有过去，经常会问老谈如果没有相关的工作基础，如何开始lncRNA的研究?今天我们就褪去虚伪外衣，研究的大方向是这样子的：1. 寻找到lncRNA分子2. lncRNA分子表型研究3. lncRNA通过何种机制调节表型？老谈将这些研究方向及实验手段按层次的方式绘成流程图，如下所示：首先，是样本的准备与收集。高质量的样本是实验结果具有可靠性的前提。其次，是lncRNA检测。可以先通过芯片的方式高通量筛选到目的基因，然后通过q-PCR或Northern blot的方法验证所得到的芯片结果。再次，其研究方向根据研究目的而定。如果是研究生物标志物，那么可以通过收集更多的临床样本，研究lncRNA对疾病的指示作用。如果是研究其功能，则是研究其细胞表型、分子表型及机制。小伙伴们是不是觉得这和miRNA的总体研究思路相似呢？这时可以根据各自的实验平台条件选择相应的研究。值得注意的是，lncRNA的功能研究并不像miRNA一样通过3UTR影响翻译套路，总的来说lncRNA机制研究套路还不成熟。对于很多科研工作者而言，lncRNA分子的获得及其细胞表型的获得并非难事，关键在于如何进行下一步研究，这时候就要涉及到对功能研究的定位。归纳如下： lncRNA的功能分为3方面:1. 通过修饰染色体参与表观调节；2. 通过与转录因子的相互作用参与转录调节；3. 通过影响mRNA处理过程参与转录后调节。在以上3个方向的研究中，其中转录后调节相对简单，大家在选择lncRNA的时候，可以对其序列做一下分析，看看自己研究的lncRNA是作为miRNA的sources还是sinks？另外两方面的调节机制均涉及RNA-蛋白质的相互作用。在没有目的蛋白的时候，此时不得不使用先进技术，用于检测RNA-蛋白质相互作用的实验手段如下：RNA-蛋白质相互作用的检测手段有nRIP、CLIP；lncRNA由于其长片段核苷酸序列，则碱基之间相互作用，通常具有二级结构，可通过RNase足迹等实验手段进行探讨；在染色体结构修饰作用中，还会涉及RNA-RNA的相互作用，可通过CHIRP等实验手段来研究。由于上述实验手段比较难得，lncRNA的机制研究相对还是比较困难。那我们该怎样进行lncRNA研究呢？咱换个思路，不要将lncRNA作为一个调节分子，而是把lncRNA当做和mRNA一样的分子来研究，尽管很少表达蛋白。在体外，可以通过分子干扰手段，进行分子及表型研究；在体内，也是如此。两者通过各种组合，那就等着发5分的文章吧。LncRNA研究模式我们先来谈一谈“老瓶”基因研究模式。首先向大家灌输“文章模块化拆解的核心思想”。打个比喻，不管是亿万富翁还是街头的流浪汉，作为人这个物种，他都有手脚心肝肺等，即使他们的外在地位不一样，但作为物种来讲，他们组成形式都差不多。基础科研的文章也一样，十篇文章可能有十个分值，但是他们的组成模块其实差不多，都是由“领域”、“分子”、“效应”、“通路”组成（如下图所示），不同的文章就是不通模块的组合。上面这个研究模式大家是不是很亲切？其实，lncRNA研究也可以装进上面那个老瓶里，只不过把“gene”换成“lncRNA”而已。下面是一个lncRNA普通模板实例：领域（胆囊癌）、分子（lncRNA）、效应方法验证（敲减效率）、细胞层次（MTT实验、转移小室、克隆形成实验）和动物层次。这篇文章并不涉及机制研究，所以各位小伙伴是不是觉得分外眼熟？除去机制研究，和普通基因的研究模式是不是很接近呢！基本套餐的lncRNA和基因研究不同点在于机制研究，两者的研究手段不一样。lncRNA机制研究的常用技术为：RACE技术、RNA pulldown技术、RIP（RNA immunoprecipitation）技术。幸运的是，目前lncRNA不需要做到机制层面也能发表一篇2-3分档次的SCI，有兴趣的小伙伴还不赶紧小试身手！经典的教科书上所记录的中心法则: DNARNA蛋白。但是随着分子生物学的不断发展，非编码RNA已经越来越显示出重要的功能。经过将近十年的深入研究，研究者已经发现了多种lncRNA的作用模式。但是面对纷繁复杂的lncRNA作用模式，小伙伴们是不是感到无从下手？今天老谈就把lncRNA的作用模式总结一下，希望帮助小伙伴们更好地理解。lncRNA 的作用模式可以分为四大类: signal，decoy，guide，scaffold。、signal：lncRNA的第一种作用是调控下游基因转录。已有研究发现，不同的刺激条件和信号通路下，lncRNA将会被特异性地转录，并作为信号传导分子参与特殊信号通路的传导。一些lncRNA分子被转录后，拥有调控下游基因转录的作用。从生物体的角度而言，利用RNA进行转录调控是具有明显优势的，因为利用RNA进行调控，且不涉及蛋白质的翻译，因此具有更好的反应速度，对于机体的某些急性反应可以做出更好更迅速的反应。2、decoy：lncRNA的第二种作用是分子阻断剂。这一类lncRNA被转录后，会直接和蛋白（一般都是转移因子/转录调节子）结合，从而阻断了该分子的作用和信号通路。由于lncRNA的结合，这类转录因子的功能被阻断，从而调控下游的基因转录。3、guide：第三种作用模式是lncRNA与蛋白结合（通常是转录因子），然后将蛋白复合物定位到特定的DNA序列上。研究发现lncRNA介导的这种转录调控作用可以是顺式作用模式，也可以是反式作用机制，因此仅仅从lncRNA的序列上是无法获得信息的。4、scaffold：lncRNA 还可以起到一个“中心平台”的作用，即多个相关的转录因子都可以结合在这个lncRNA分子上。在细胞机体中，当多条信号通路同时被激活，这些下游的效应分子可以结合到同一条lncRNA分子上，实现不同信号通路之间的信息交汇和整合，有利于机体/细胞迅速地对外界信号和刺激产生反馈和调节。需要注意的是，虽然lncRNA的作用模式可以总结为上述四种，但是这四种作用机制和模式是相互关联，而非相互排斥的。千万不要孤立且割裂地看待lncRNA的作用方式，这样会使视野受限，不利于更好地理解lncRNA的机制。lncRNA的常用数据库大全有关所有lncRNA全方面的功能研究还需要进一步的探索，少不了需要装配研究的利器，帮助我们在寻求相关lncRNA信息时能够手到擒来，不费吹灰之力！今天老谈就跟大家分享一些研究lncRNA的数据库，帮助大家做好科研准备工作。1.NONCODE：NONCODE提供对长链非编码RNA的全面注释，包括表达和ncFANs计算机软件预测的lncRNA功能。这是非编码RNA研究的知名数据库，已经更新到2014年的8月了。网址：Note：小伙伴们要小心使用时，可能出现的各种状况，因为这个网站对lncRNA的命名方法是他们网站内部命名的系统！要哭了有没有，根本找不到你要的lncRNA但有个办法解决，因为他们的网站有Blast系统，你如果有lncRNA序列的话，还是能找到对应的编号的。对于lncRNA在不同组织中的表达的研究还是挺有用的。2.lncRNAdb:提供有生物学功能的长链非编码RNA的全面注释。这是长链非编码RNA研究领域的大牛Johnmattick实验室构建的网站。网址：/Note：这个用下来凭良心说还行，输入lncRNA名称之后，会对这个lncRNA的功能及表达进行注释。这个网站用的是NCBI上Gene的命名法，使用上还是没有障碍的。3.CHIPbase：提供长链非编码RNA的表达图谱和转录调控的全面鉴定和注释，整合了高通量的RNA-seq鉴定的lncRNA及其表达图谱和ChIP-Seq实验技术鉴定的转录因子结合位点。网址：/chipbase/Note：中大的这个数据库主要是对于一些lncRNA的表达及lncRNA与转录因子之间的关系的一个注释数据库。主要可以了解与转录因子相关的lncRNA的结合情况。要调取lncRNA的表达数据，劝你选别的数据库，因为这个网站极其坑爹，只能输入GeneSymbol，并不是基因名，其实是lncRNA的转录名，一般是什么“RP11-XXXX”。举个例子：lncRNA2-1的基因名其实是“LncRNA2.7”，转录名是“RP11-34P13.8”，这需要注意哦。4.LncRNome：超过18000转录本目前已作为lncRNA标注，覆盖先前注释非编码转录本，包括大型基因间非编码RNA、反义RNA和加工的假基因。但在提供稳定的注释，交叉引用和生物相关的信息资源方面有显著的差距。由印度CSIR基因组和整合生物学研究所的研究人员开发的lncRNome，旨在填补这一空白，他们通过把生物显著性的各种各样的信息注释整合到一个全面的知识库。网址：http:/genome.igib.res.in/lncRNomeNote：三哥三姐确实NB，但记住：查询的话，还是转录名：“RP11-XXXX”那种，也有其他命名法的“HAS-LNCXXXX”这种。功能上挺强大，有lncRNA的二级结构，lncRNA的蛋白互作功能预测，还有lncRNA的SNP位点。总的来说还不错，就是搜索起来麻烦点。5.Starbase：一个高通量实验数据CLIP-Seq（或称为HITS-CLIP, PAR-CLIP , iCLIP）和mRNA降解组测序数据支持的microRNA靶标数据库,包含了miRNA-mRNA，miRNA-lncRNA，miRNA-circRNA，miRNA-ceRNA和RNA-protein等的调控关系。整合和构建多个流行的靶标预测软件的交集和调控关系。网址：/Note：中大的良心之作，主要功能就是查询lncRNA与miRNA的互作，蛋白及lncRNA的互作，以及正在火的ceRNA预测。不过主要功能其实还是在miRNA上。6. LncRNADisease: 提供了文献报道的疾病相关的长链非编码RNA的注释。网址：/ln