lncRNA(完成版)

1、长链非编码长链非编码rnarnaoutlineslncrna的定义的定义lncrna的来源的来源lncrna的分类的分类lncrna的功能及作用分析的功能及作用分析lncrna对基因的调控对基因的调控lncrna与临床疾病与临床疾病a. 是一类转录本长度超过是一类转录本长度超过 200 nt(核苷酸单位核苷酸单位 )的功能性的功能性 rna 分子分子1;b. 位于细胞核或胞质内位于细胞核或胞质内;c. 它们它们缺乏编码蛋白缺乏编码蛋白的能力的能力;d. 以以 rna 形式在多种层面上形式在多种层面上 (如表观遗传学、转录调控如表观遗传学、转录调控及转录后调控等方面及转录后调控等方面 )调控基因

2、的表达水平。调控基因的表达水平。lncrna的定义的定义outlineslncrna的定义的定义lncrna的来源的来源lncrna的分类的分类lncrna的功能及作用分析的功能及作用分析lncrna对基因的调控对基因的调控lncrna与临床疾病与临床疾病 编码蛋白质的基因结构发生中断而转变成编码蛋白质的基因结构发生中断而转变成 lncrnas染色质重组的结染色质重组的结果果，即两个未转录的基因与另一独立的基因并排，即两个未转录的基因与另一独立的基因并排重重组组而产生含多个外显子的而产生含多个外显子的 lncrnas非编码基因复制过程中的反移位产物非编码基因复制过程中的反移位产物 局部的串联复

3、制子邻近产生局部的串联复制子邻近产生 基因组中插入一个转座成分而产生有功能的非编码基因组中插入一个转座成分而产生有功能的非编码 rnaoutlineslncrna的定义的定义lncrna的来源的来源lncrna的分类的分类lncrna的功能及作用分析的功能及作用分析lncrna对基因的调控对基因的调控lncrna与临床疾病与临床疾病据其在基因组上相对于蛋白编码基因的据其在基因组上相对于蛋白编码基因的 位置位置 antisensesense intergenicbidirectionalintronicoutlineslncrna的定义的定义lncrna的来源的来源lncrna的分类的分类lnc

4、rna的功能及作用分析的功能及作用分析lncrna对基因的调控对基因的调控lncrna与临床疾病与临床疾病2021-9-23lncrna 起初人们认为起初人们认为rna聚合酶聚合酶转录的副产物转录的副产物无生物学功能无生物学功能 基因转录的基因转录的“噪音噪音”junk dna!lncrna的功能的功能2021-9-23近期研究表明众多近期研究表明众多lnclnc rna rna具有多种生物学功能具有多种生物学功能 1.1.参与参与x x染色体沉默、基因组印记、染色质修饰、染色体沉默、基因组印记、染色质修饰、 转录激活、转录干扰、核内运输等多种重要调控转录激活、转录干扰、核内运输等多种重要调控

5、过程。过程。2. 2. 以多种模式保护蛋白编码基因以多种模式保护蛋白编码基因: :如受到严格的功如受到严格的功能限制以保护编码基因的开放式可读框能限制以保护编码基因的开放式可读框(orf);(orf);或或表现为基因序列的较短延伸表现为基因序列的较短延伸, ,以保护功能域和结以保护功能域和结构。构。lncrna的功能的功能2021-9-233.lnc rna3.lnc rna含有高效的关键序列含有高效的关键序列, , 类似于启动子等类似于启动子等调控因素调控因素, , 具有具有比蛋白质更敏感比蛋白质更敏感的结构功能限制。的结构功能限制。4. 4. 一些进化后的人类基因保守区域可被转录成一些进化

6、后的人类基因保守区域可被转录成lncrnalncrna, ,如如har18,har18,在大脑皮质发育阶段早期神在大脑皮质发育阶段早期神经元内表达。经元内表达。lncrna的功能的功能2021-9-235.5.研究显示研究显示, ,哺乳动物基因组序列中哺乳动物基因组序列中1%1%产生的转录产生的转录本是可编码蛋白本是可编码蛋白, ,而有而有4%4%9%9%产生的转录本是产生的转录本是lnclnc rna,rna,其中许多其中许多 lnclnc rna rna仅在特定的发育阶段出现仅在特定的发育阶段出现, ,或具有组织或细胞特异性或具有组织或细胞特异性, ,还有很多还有很多lnclnc rna

7、rna具有具有保守的二级结构、剪切形式以及精确的亚细胞定保守的二级结构、剪切形式以及精确的亚细胞定位。位。 6.lnc rna6.lnc rna既有顺式调控作用，又有反式调控作用。既有顺式调控作用，又有反式调控作用。lncrna的功能的功能2021-9-231 1、在编码蛋白基因的上游启动子区转录、在编码蛋白基因的上游启动子区转录, ,从而干扰邻近蛋白编码基因的表从而干扰邻近蛋白编码基因的表 达达( (如酵母中的如酵母中的ser3ser3基因基因 ););2 2、抑制、抑制rnarna聚合酶聚合酶, ,或介导染色质重构和组蛋白修饰或介导染色质重构和组蛋白修饰, ,而影响基因表达而影响基因表达;

8、 ;3 3、与编码蛋白基因的转录本形成互补双链、与编码蛋白基因的转录本形成互补双链, , 进而干扰进而干扰mrnamrna的剪切的剪切, ,产生不产生不 同的剪切形式同的剪切形式; ; 4 4、与编码蛋白基因的转录本形成互补双链、与编码蛋白基因的转录本形成互补双链, ,在在dicerdicer酶作用下产生内源性酶作用下产生内源性 的的sirnasirna( (小干扰小干扰rna),rna),调控基因的表达水平调控基因的表达水平; ;5 5、结合在特定蛋白质上调节相应蛋白的活性、结合在特定蛋白质上调节相应蛋白的活性; ;6 6、作为结构组分与蛋白质形成核酸蛋白质复合体、作为结构组分与蛋白质形成核

9、酸蛋白质复合体; ;7 7、结合在特定蛋白上从而改变该蛋白的胞质定位、结合在特定蛋白上从而改变该蛋白的胞质定位; ; 8 8、可作为小分子、可作为小分子rna(rna(如如mirnamirna、pirnapirna、mascrnamascrna) )的前体分子（如图）。的前体分子（如图）。lnc rna的作用方式的作用方式2021-9-23outlineslncrna的定义的定义lncrna的来源的来源lncrna的分类的分类lncrna的功能及作用分析的功能及作用分析lncrna对基因的调控对基因的调控lncrna与临床疾病与临床疾病2021-9-23 目前发现的参与哺乳动物基因活动的目前发

10、现的参与哺乳动物基因活动的lnclnc rna rna已有上已有上千个千个, ,其调控基因表达的机制存在共性。其调控基因表达的机制存在共性。 一般来说一般来说,lnc,lnc rna rna主要从主要从3 3个层面个层面实现对基因表达的实现对基因表达的调控。调控。调控基因表达调控基因表达其他其他转录调控转录调控表观遗传学表观遗传学转录后调控转录后调控一、表观遗传调控一、表观遗传调控 2021-9-23 哺乳动物哺乳动物lncrnalncrna介导的表观遗传改变的研究最早介导的表观遗传改变的研究最早源于源于基因组印记基因组印记(genomic printing)(genomic printing

11、)和和x x染色体失活染色体失活 (x chromosome inactive)(x chromosome inactive)两个方面两个方面, ,分别与分别与h19h19和和xistrnaxistrna密切相关。密切相关。 近十年研究证实近十年研究证实lncrnalncrna与表观遗传调控密切相关与表观遗传调控密切相关, ,并并且发现了许多新的与基因调控有关且发现了许多新的与基因调控有关lncrnalncrna。1.基因组印记 2.x染色体失活 1 . 1 . 基因组印记基因组印记 2021-9-23 基因组印记基因组印记, , 通常为共价标记的通常为共价标记的dnadna甲基化甲基化 (

12、(也可以也可以是非共价标记是非共价标记, , 如如dna -dna -蛋白质和蛋白质和dna -rnadna -rna交互作用交互作用, , 核基因核基因组定位等组定位等) , ) , 还包括组蛋白乙酰化、甲基化等修饰。还包括组蛋白乙酰化、甲基化等修饰。 虽然印记基因只占人类基因组的不到虽然印记基因只占人类基因组的不到5% , 5% , 但在胚胎、但在胚胎、 胎儿的生长和出生后的发育中却起着至关重要的调节作用胎儿的生长和出生后的发育中却起着至关重要的调节作用, , 对行为和大脑的功能也有很大的影响。对行为和大脑的功能也有很大的影响。2021-9-23 dna dna 甲基化参与基因印记的建立和

13、维持甲基化参与基因印记的建立和维持, , 它发生在它发生在生殖细生殖细胞的印记控制区胞的印记控制区 (icr ) (icr ) 。 目前对这一领域的研究基本上是针对两个基因印记区目前对这一领域的研究基本上是针对两个基因印记区: : 1717号染色体近端的号染色体近端的igf2igf2受体受体(igf2r)(igf2r)区和区和7 7号染色体远端的号染色体远端的kcnq1kcnq1区区, , lncrnalncrna 在这些印记位点发挥重要作用。在这些印记位点发挥重要作用。lncrnalncrna 在印记区介导在印记区介导等位基因沉默。等位基因沉默。2021-9-23 目前已知的是目前已知的是,

14、 ,高达半数的哺乳动物基因都能转录高达半数的哺乳动物基因都能转录, ,而其中大部分转录产物是非编码而其中大部分转录产物是非编码rnarna2121 ( (包括包括lncrnalncrna),),已有个别已有个别lncrnalncrna被证明参与调控印记基因表达。被证明参与调控印记基因表达。 小鼠小鼠1717号染色体的号染色体的igf2rigf2r区是区是第一个被证实第一个被证实的可转录的可转录为为lncrnalncrna的位点。的位点。2 2、x x 染色体失活染色体失活2021-9-23。 x x染色体失活的选择和起始发生在胚胎发育的早期染色体失活的选择和起始发生在胚胎发育的早期这一过程被这

15、一过程被x x失活中失活中(x-inactivation center,xic(x-inactivation center,xic) ) 所控制所控制, ,是一种反义链转录调控模式。是一种反义链转录调控模式。 x x 染 色 体 失 活 是 由 标 志 性 的 约染 色 体 失 活 是 由 标 志 性 的 约 1 7 k b1 7 k b 大 小 的大 小 的lncrnalncrnaxistxist顺式作用介导顺式作用介导, ,它在哺乳动物的它在哺乳动物的x x染色体染色体失活中失活中非常重要。非常重要。2021-9-23 xist(xist(x x inactive specific tra

16、nscript) inactive specific transcript)介导的介导的x x染染色体失活的特征总结来说就是丧失激活性的组蛋白修饰色体失活的特征总结来说就是丧失激活性的组蛋白修饰( (如如乙酰化乙酰化) )而获得抑制性的组蛋白修饰而获得抑制性的组蛋白修饰( (如如h3k27h3k27的三甲基化的三甲基化),),导致失活染色体上的许多导致失活染色体上的许多cpgcpg岛启动子甲基化岛启动子甲基化, ,失活的染色失活的染色体依旧持续合成体依旧持续合成xistxist, ,以维持本身的失活状态。以维持本身的失活状态。 但有活性的但有活性的x x染色体染色体如何阻止如何阻止xistrn

17、axistrna的结合机制还不的结合机制还不明确。明确。2021-9-23 另有研究报道另有研究报道:x:x染色体失活尚存在另一机制染色体失活尚存在另一机制, ,即即与一种调控与一种调控性小非编码性小非编码rnarna有关有关。xistxist和反义链转录本和反义链转录本tsixtsix退火复性后可退火复性后可形成一形成一rnarna二聚体二聚体, , 在在dicerdicer酶作用下酶作用下, ,被加工剪切成约被加工剪切成约24-42nt24-42nt大小的调控性大小的调控性sirnasirna, ,这一机制对于失活的这一机制对于失活的x x染色体上的抑制性染色体上的抑制性异染色质的修饰是必

18、需的异染色质的修饰是必需的, ,因为因为x x染色体失活过程中组蛋白、赖染色体失活过程中组蛋白、赖氨酸和三甲基色氨酸等都需要这些氨酸和三甲基色氨酸等都需要这些sirnasirna, ,并且并且x x染色体激活时染色体激活时x x istist启动子区的启动子区的cpgcpg岛甲基化也需要它们。岛甲基化也需要它们。2021-9-23 以上机制或许可以推测以上机制或许可以推测lncrnalncrna和和rnarna在染在染色质重塑方面的作用与联系色质重塑方面的作用与联系, ,同时提示同时提示rnarna调控调控存在着一个更为复杂的、交互的网络。存在着一个更为复杂的、交互的网络。二、转录调控二、转录

19、调控 2021-9-23 lncrna lncrna 能够通过多种机制在转录水平进行调控能够通过多种机制在转录水平进行调控, , 表现在如下两个方面：表现在如下两个方面： 1.lncrna1.lncrna的转录可以的转录可以干扰邻近基因的表达干扰邻近基因的表达。 2.lncrna 2.lncrna 可作为可作为共因子调节转录因子的活性共因子调节转录因子的活性。 1.lncrna 的转录可以干扰邻近基因的表达的转录可以干扰邻近基因的表达2021-9-23 人类细胞中的细胞周期蛋白人类细胞中的细胞周期蛋白d1(ccnd1)d1(ccnd1)的表达的表达, , dnadna损伤信号诱导该基因启动子上

20、游一段损伤信号诱导该基因启动子上游一段lncrnalncrna的表的表达达, ,它可调节它可调节rnarna结合蛋白结合蛋白-tls-tls的活性的活性, ,接着接着tlstls抑制抑制crebcreb结合蛋白和结合蛋白和p300p300的活动的活动, ,进而使进而使ccnd1ccnd1基因的表基因的表达沉默达沉默2.lncrna可作为共因子调节转录因子的活性可作为共因子调节转录因子的活性2021-9-23 例如例如,小鼠的一段小鼠的一段lncrna-evf2转录自一段超保守的远端增转录自一段超保守的远端增强子强子,它可与转录因子它可与转录因子dlx2形成转录复合体形成转录复合体, 并结合至一

21、个增并结合至一个增强子上强子上,从而诱导邻近蛋白编码基因从而诱导邻近蛋白编码基因dlx6的表达。的表达。 通过与影响启动子选择的抑制性复合物相互作用通过与影响启动子选择的抑制性复合物相互作用,封锁启动子封锁启动子区域来调控区域来调控rna聚合酶聚合酶(rna p)的活动从而干扰基因表达的活动从而干扰基因表达,这可这可能是能是存在于真核细胞染色体上的上千种三倍体复合物结构控制存在于真核细胞染色体上的上千种三倍体复合物结构控制启动子作用的普遍机制启动子作用的普遍机制。三、转录后调控三、转录后调控 2021-9-23 lncrnalncrna在转录后水平可与在转录后水平可与mnramnra形成双链形

22、成双链rnarna复合物复合物, ,以以掩盖掩盖mrnamrna的主顺式作用元件的主顺式作用元件, ,从而调控基因表达。从而调控基因表达。 例如例如,lncrna-zeb2(,lncrna-zeb2(即即sip1)sip1)能够和能够和hoxhox位点转录的位点转录的mrnamrna的的一一 个内含子的个内含子的5 5端剪切位点形成双链端剪切位点形成双链2626, ,从而防止该内含子从而防止该内含子被剪切被剪切( (图图2e)2e)。该区域含有对于。该区域含有对于zeb2zeb2蛋白表达所必须的核糖蛋白表达所必须的核糖体结合点体结合点,zeb2,zeb2通过这种方式能够提高通过这种方式能够提高

23、zeb2zeb2蛋白的表达量。蛋白的表达量。 这一例子说明这一例子说明lncrnalncrna可以指导可以指导mrnamrna亚型的选择性剪接亚型的选择性剪接。2021-9-23 另外另外,lncrna,lncrna的复性的复性( (退火退火) )具有靶向作用具有靶向作用, ,使蛋白受体复合使蛋白受体复合物能够识别正义链物能够识别正义链mrnamrna转录本转录本, ,这一作用类似于这一作用类似于rnarna诱导的沉诱导的沉默复合物默复合物(risc)(risc)通过通过sirnasirna靶向作用于靶向作用于mrna mrna 。 来自于互补转录本甚至是来自于互补转录本甚至是lncrnaln

24、crna的双链的双链rna,rna,结合延长的内结合延长的内部发夹结构部发夹结构, ,能够被加工成内源性能够被加工成内源性sirnasirna以使基因表达沉默。以使基因表达沉默。outlineslncrna的定义的定义lncrna的来源的来源lncrna的分类的分类lncrna的功能及作用分析的功能及作用分析lncrna对基因的调控对基因的调控lncrna与临床疾病与临床疾病 大量研究表明，大量研究表明，lncrna从转录和转录后水平参与从转录和转录后水平参与蛋白质编码基因调控，这些基因包括蛋白质编码基因调控，这些基因包括发育相关基因发育相关基因及及疾病发生相关基因疾病发生相关基因。 通过参与调控蛋白质编码基因，通过参与调控蛋白质编码基因，lncrna既能影响既能影响细胞内信号转导途径细胞内信号转导途径，也能影响，也能影响生物体发育过程中生物体发育过程中的信号转导通路的信号转导通路27。 基于上述研究结果，基于上述研究结果，lncrna失调失调似乎成为似乎成为人类复人类复杂性疾病发病的杂性疾病发病的主要原因主要原因。 lncrnalncrna失调相关疾病失调相关