lncRNA(完成版)讲述.ppt

1、长链非编码RNA,Outlines,lncRNA的定义 lncRNA的来源 lncRNA的分类 lncRNA的功能及作用分析 lncRNA对基因的调控 lncRNA与临床疾病,A. 是一类转录本长度超过 200 nt(核苷酸单位 )的功能性 RNA 分子1; B. 位于细胞核或胞质内; C. 它们缺乏编码蛋白的能力; D. 以 RNA 形式在多种层面上 (如表观遗传学、转录调控及转录后调控等方面 )调控基因的表达水平。,lncRNA的定义,Outlines,lncRNA的定义 lncRNA的来源 lncRNA的分类 lncRNA的功能及作用分析 lncRNA对基因的调控 lncRNA与临床疾病

2、,编码蛋白质的基因结构发生中断而转变成 lncRNAs,A,染色质重组的结果，即两个未转录的基因与另一独立的基因并排重组而产生含多个外显子的 lncRNAs,B,非编码基因复制过程中的反移位产物,C,局部的串联复制子邻近产生,D,基因组中插入一个转座成分而产生有功能的非编码 RNA,E,Outlines,lncRNA的定义 lncRNA的来源 lncRNA的分类 lncRNA的功能及作用分析 lncRNA对基因的调控 lncRNA与临床疾病,据其在基因组上相对于蛋白编码基因的 位置,Outlines,lncRNA的定义 lncRNA的来源 lncRNA的分类 lncRNA的功能及作用分析 ln

3、cRNA对基因的调控 lncRNA与临床疾病,2020/8/3,lncRNA,起初人们认为,RNA聚合酶转录的副产物,无生物学功能,基因转录的 “噪音”,JUNK DNA!,lncRNA的功能,2020/8/3,近期研究表明众多lnc RNA具有多种生物学功能,1.参与X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过程。 2. 以多种模式保护蛋白编码基因:如受到严格的功能限制以保护编码基因的开放式可读框(ORF);或表现为基因序列的较短延伸,以保护功能域和结构。,lncRNA的功能,2020/8/3,3.Lnc RNA含有高效的关键序列, 类似于启动子等调控

4、因素, 具有比蛋白质更敏感的结构功能限制。 4. 一些进化后的人类基因保守区域可被转录成lncRNA,如HAR18,在大脑皮质发育阶段早期神经元内表达。,lncRNA的功能,2020/8/3,5.研究显示,哺乳动物基因组序列中1%产生的转录本是可编码蛋白,而有4%9%产生的转录本是lnc RNA,其中许多 lnc RNA仅在特定的发育阶段出现,或具有组织或细胞特异性,还有很多lnc RNA具有保守的二级结构、剪切形式以及精确的亚细胞定位。 6.Lnc RNA既有顺式调控作用，又有反式调控作用。,lncRNA的功能,2020/8/3,1、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

5、的表 达(如酵母中的SER3基因 ); 2、抑制RNA聚合酶,或介导染色质重构和组蛋白修饰,而影响基因表达; 3、与编码蛋白基因的转录本形成互补双链, 进而干扰mRNA的剪切,产生不 同的剪切形式; 4、与编码蛋白基因的转录本形成互补双链,在Dicer酶作用下产生内源性 的siRNA(小干扰RNA),调控基因的表达水平; 5、结合在特定蛋白质上调节相应蛋白的活性; 6、作为结构组分与蛋白质形成核酸蛋白质复合体; 7、结合在特定蛋白上从而改变该蛋白的胞质定位; 8、可作为小分子RNA(如miRNA、piRNA、mascRNA)的前体分子（如图）。,lnc RNA的作用方式,2020/8/3,Ou

6、tlines,lncRNA的定义 lncRNA的来源 lncRNA的分类 lncRNA的功能及作用分析 lncRNA对基因的调控 lncRNA与临床疾病,2020/8/3,目前发现的参与哺乳动物基因活动的lnc RNA已有上千个,其调控基因表达的机制存在共性。 一般来说,lnc RNA主要从3个层面实现对基因表达的调控。,转录后调控,一、表观遗传调控,2020/8/3,哺乳动物lncRNA介导的表观遗传改变的研究最早源于基因组印记(genomic printing)和X染色体失活 (X chromosome inactive)两个方面,分别与H19和XistRNA密切相关。 近十年研究证实ln

7、cRNA与表观遗传调控密切相关,并且发现了许多新的与基因调控有关lncRNA。,1 . 基因组印记,2020/8/3,基因组印记, 通常为共价标记的DNA甲基化 (也可以是非共价标记, 如DNA -蛋白质和DNA -RNA交互作用, 核基因组定位等) , 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5% , 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, 对行为和大脑的功能也有很大的影响。,2020/8/3,DNA 甲基化参与基因印记的建立和维持, 它发生在生殖细胞的印记控制区 (ICR ) 。 目前对这一领域的研究基本上是针对两个基因印记区: 17号

8、染色体近端的IGF2受体(Igf2r)区和7号染色体远端的Kcnq1区, lncRNA 在这些印记位点发挥重要作用。LncRNA 在印记区介导等位基因沉默。,2020/8/3,目前已知的是,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RNA21 (包括lncRNA),已有个别lncRNA被证明参与调控印记基因表达。 小鼠17号染色体的Igf2r区是第一个被证实的可转录为lncRNA的位点。,2、X 染色体失活,2020/8/3,。,X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X失活中(X-inactivation center,XIC) 所控制,是一种反义链转录调控模

9、式。 X染色体失活是由标志性的约17kb大小的lncRNAXist顺式作用介导,它在哺乳动物的X染色体失活中 非常重要。,2020/8/3,Xist(X inactive specific transcript)介导的X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(如乙酰化)而获得抑制性的组蛋白修饰(如H3K27的三甲基化),导致失活染色体上的许多CpG岛启动子甲基化,失活的染色体依旧持续合成Xist,以维持本身的失活状态。 但有活性的X染色体如何阻止XistRNA的结合机制还不明确。,2020/8/3,另有研究报道:X染色体失活尚存在另一机制,即与一种调控性小非编码RNA有关。Xist

10、和反义链转录本Tsix退火复性后可形成一RNA二聚体, 在Dicer酶作用下,被加工剪切成约24-42nt大小的调控性siRNA,这一机制对于失活的X染色体上的抑制性异染色质的修饰是必需的,因为X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siRNA,并且X染色体激活时X ist启动子区的CpG岛甲基化也需要它们。,2020/8/3,以上机制或许可以推测lncRNA和RNA在染色质重塑方面的作用与联系,同时提示RNA调控存在着一个更为复杂的、交互的网络。,二、转录调控,2020/8/3,LncRNA 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： 1.LncRNA的转录

11、可以干扰邻近基因的表达。 2.LncRNA 可作为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,2020/8/3,人类细胞中的细胞周期蛋白D1(CCND1)的表达, DNA损伤信号诱导该基因启动子上游一段lncRNA的表达,它可调节RNA结合蛋白-TLS的活性,接着TLS抑制CREB结合蛋白和p300的活动,进而使CCND1基因的表达沉默,2.LncRNA可作为共因子调节转录因子的活性,2020/8/3,例如,小鼠的一段lncRNA-Evf2转录自一段超保守的远端增强子,它可与转录因子DLX2形成转录复合体, 并结合至一个增强子上,从而诱导邻近蛋白编码基因DLX6

12、的表达。 通过与影响启动子选择的抑制性复合物相互作用,封锁启动子区域来调控RNA聚合酶(RNA P)的活动从而干扰基因表达,这可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启动子作用的普遍机制。,三、转录后调控,2020/8/3, LncRNA在转录后水平可与mNRA形成双链RNA复合物,以掩盖mRNA的主顺式作用元件,从而调控基因表达。 例如,lncRNA-Zeb2(即Sip1)能够和HOX位点转录的mRNA的一 个内含子的5端剪切位点形成双链26,从而防止该内含子被剪切(图2E)。该区域含有对于Zeb2蛋白表达所必须的核糖体结合点,Zeb2通过这种方式能够提高Zeb2蛋白的表达量

13、。 这一例子说明lncRNA可以指导mRNA亚型的选择性剪接。,2020/8/3,另外,lncRNA的复性(退火)具有靶向作用,使蛋白受体复合物能够识别正义链mRNA转录本,这一作用类似于RNA诱导的沉默复合物(RISC)通过siRNA靶向作用于mRNA 。 来自于互补转录本甚至是lncRNA的双链RNA,结合延长的内部发夹结构,能够被加工成内源性siRNA以使基因表达沉默。,Outlines,lncRNA的定义 lncRNA的来源 lncRNA的分类 lncRNA的功能及作用分析 lncRNA对基因的调控 lncRNA与临床疾病,大量研究表明，lncRNA从转录和转录后水平参与蛋白质编码基因

14、调控，这些基因包括发育相关基因及疾病发生相关基因。 通过参与调控蛋白质编码基因，lncRNA既能影响细胞内信号转导途径，也能影响生物体发育过程中的信号转导通路27。 基于上述研究结果，lncRNA失调似乎成为人类复杂性疾病发病的主要原因。,lncRNA失调相关疾病,2020/8/3,在多种癌症lncRNA失调现象均有报道，例如白血病、结肠癌、前列腺癌、乳腺癌和肝癌等等。 通过对阿尔茨海默病的研究识别了一个-分泌酶基因的反义链lncRNA，-分泌酶产生A多肽推动阿尔茨海默病的发展。,2020/8/3,lncRNA(ATXN8OS)在RNA水平上参与8型脊髓小脑共济失调症(spinocerebellar ataxia type 8，SCA8)的发生 。 在强直性肌营养不良中，转录出的lncRNA上的三核苷酸或四核苷酸的重复扩展形成发夹结构，使剪接调节子远离它们正常的前体mRNA靶标。,lncRNA失调相关疾病,2020/8/3,迄今为止,人们对于哺乳动物细胞内lncRNA调控机制的认识仍存在许多障碍,包括它们的数量比例及它们的作用机制。因此提高对lncRNA等非编码转录本的关注,对真核细胞基因编程中进化更新和功能性RNA家族的扩大是很重要的。,2020/8/3,虽然近年来关于lncRNA的研究进展迅猛，但是绝大部分的l