lncrna介绍专题lncrna与其他非编码rna

1、lncrna 介绍专题 lncrna 与其他非编码 rnancRNA (non-coding RNA)是近年来发现的一类能转录 但不编码蛋白质的具有特定功能的 RNA 小分子。功能基因 组学的飞速发展将越来越多的目光引向了对非编码转录产 物功能的研究。ncRNA根据大小可以分为两组：大于200bp 的 long RNAs 以及小于 200bp 的 small RNAs，其中 long RNAs 包括 long non-coding RNA ( lncRNA )和 circleRNA， small RNAs 包括 miRNA、piRNA、snRNA 、snoRNA 等等。 lncRNAlncRN

2、A 一般是指长度大于 200 个核苷酸，没有显著 的蛋白质编码能力的的 DNA 转录产物。虽然这个定义稍显 武断，但是它却可以很好的区分 lncRNA 与 miRNA、piRNA 等小 RNA。 lncRNA 的分类是比较复杂的，根据它们在基因 组上的位置附近的编码基因，可以将其分为以下 5 类：反义 型， antisense 内含子型， intronic 基因间型， intergenic 分歧 型， divergent 增强子型， enhancer ：很多 lncRNA 都是 enhancer 型lncRNA，它们可以调控它们产生区域的增强子和其他调 控因子的作用。不同的 lncRNA 会存

3、在于细胞的不同地方： 存在于核内或胞浆内。根据其所处位置的不同，其发挥的作 用也不相同。有些 lncRNA 还可能同时存在于核内和胞浆内。 核内 lncRNA 占 lncRNA 的大多数，通过招募染色质调节因 子(chromatin modifiers)到DNA上来发挥调节作用，或者 作为一些核糖核蛋白的脚手架来发挥作用。而胞浆中的 lncRNA 作用于基因的转录后水平的调节，如作为 miRNA 海 绵(可以是环状结构，也可以是线性结构)，抑制 miRNA 对 mRNA 的作用。同时 lncRNA 还可以影响到 RNA 的半衰期(见下图)。LncRNA起初被认为是没有功能的转录垃圾。 在经过大

4、量研究论证后，大多数的 lncRNA 被确定是转录和 翻译过程中的关键调控因子，在细胞正常功能发挥中有着重 要的影响。比如染色质重塑、转录及转录后调控、细胞内物 质运输、细胞核亚结构形成、干细胞多能性、体细胞重编程、 发育调控、疾病发生等。在发挥这些功能时，1 ncRNA通过 不同的作用途径及方式实现基因表达的调控。包括顺式调节 与反式调节方式。另外， 1ncRNA 可以借助蛋白质与 miRNA 网络这两种不同途径来发挥具体的作用。 circ1eRNA 环状 RNA(Circular RNA，circRNA)是一类具有闭合环状结构的 内源性非编码RNA，主要由前体RNA(pre-mRNA)通过

5、可 变剪切加工产生， circRNA 广泛存在于所有真核生物中，并 且非常稳定。 circleRNA 根据其可以来源可以分为 3 种：只 包含外显子的 ecRNA (Exon-derived circRNA)，图中的 A， B;只包含内含子的ciRNA(circular intronic RNA)，图中的 C； 一个内含子插入到两个外显子之间EIciRNA(exon - intron circRNA )，图中的D。目前，circRNA的研究已经成为了 RNA 研究领域的新热点，研究发现 circRNA 在转录本中占 有相当大的比例，有的表达丰度甚至显著高于其他转录本。 circRNA 对基因的

6、表达有重要调控作用，在生物的发育进程 中发挥了重要的生物学功能，目前认为 circleRNA 的作用主 要集中在转录及转录后调控方面，有以下 5类：促进 circleRNA父基因的转录：ciRNA及ElciRNA定位在核内并 调控父基因的表达。父基因：指的是 circleRNA 来源的基因， 下同。mRNA捕获：circleRNA的产生伴随着他们父基因的 转录，因此circleRNA很可能可以竞争性的影响mRNA的产 生及处理过程。 miRN 海绵：一些 circleRNA 具备 miRNA 的 保存结合位点。 RBP 海绵：可以调节 RBP 的功能，如 Argonaute (Ago), po

7、lymerase II 等。 RBP： RNA binding protein， RNA 结合蛋白。编码蛋白质：一些 circleRNA 还具 备核糖体进入位点，可以编码蛋白质发挥功能。miRNA微小 RNA(microRNA, miRNA)是一类存在于动植物体内、大小为 21 一 25 nt的内源性非编码单链小分子RNA，对转录后的基 因表达调控起重要作用。多细胞动物的miRNA的生物合成 起始于RNA聚合酶II转录出“茎环结构”的前体miRNA 分子，然后Drosa酶(RNaselll)酶切去除前体miRNA分子 的基部的双链。这个处理后的前体miRNA分子会被 Ran-GTP/Expro

8、tin5 转运至胞浆中，然后 Dicer 酶( RNaseIII) 继续处理这个前提miRNA分子，形成一个包含miRNA的双 链的miRNA分子(下图B)。植物的miRNA的与动物有所不同，前体miRNA分子在细胞核中就会被DCL1酶(Docer-like 1)二步酶切成双链miRNA分子，所以在植物体 内很难找到前体 miRNA 分子(图中使用方括号包围)。然后 这个双链 miRNA 就会在 HASTY(Exportin-5 在植物中的同 源类似物)的作用下运转到胞浆中并进一步组装，从而发挥 转录后调控作用(下图A)。成熟的miRNA需要和RNA诱 导沉默复合体(RNA-induced s

9、ilencing complex，RISC)组装 才能发挥作用。miRNA同靶mRNA的互补程度决定了靶 mRNA的命运。如果是完全互补，则mRNA会被降解(下 图A)，如果是部分互补配对，则只是导致mRNA沉默，并 不会诱导 mRNA 降解。piRNApiRNA(PIWI-interacting RNA) 是一类可在生殖细胞中大量表达，并与PIWI蛋白相互作用 的非编码小RNA( non-coding RNA,ncRNA)，通过沉默转座 元件和调控编码mRNA维持动物基因组稳定，在生殖细胞发 育分化过程中发挥重要作用。同时piRNA的异常表达也与肿 瘤的关系密切。piRNA的生物发生过程在不

10、同的生物中并不 相同，在果蝇(D.melanogaster)中，前体piRNA的合成涉 及到异染色质结合蛋白Rhino结合到H3K9me3基因座位。Rhino同时会结合Deadlock和Cutoff蛋白，后者会将保护前 体piRNA的5 端。然后前体piRNA在UAP-56蛋白的帮助 下转运到胞浆内。再在 Zucchini 、Gasz 和 Armitage 等因子 的帮助下，形成成熟的piRNA。在小鼠(M.musculus)中， 转录因子A-MYB结合到典型的启动子模体上开始piRNA的 转录，形成的 piRNA 前体经历 5加帽和3加尾之后，转 运到胞浆中。在胞浆中，进行 5端修饰，载入到

11、 MIWI 蛋 白上，并3 修剪并甲基化后，形成成熟的piRNA。在秀丽 隐杆线虫(C.elegans)中，FKH结合到Ruby模体开始了前 体 piRNA 的合成，然后前体 piRNA 转运到胞浆中，前体 piRNA 经过 5和 3端修饰后(有可能是有 TOFU-1， TOFU-2 介导)，和Piwi蛋白PRG-1结合，HENN-1会对piRNA进 行甲基化修饰，最终形成成熟的piRNA。参考资料Long non-coding RNAs as regulators of the endocrine system. Nat Rev Endocrinol.Circular RNAs: biogenesis, expres