新功能、新界面、新体验,扫描即可下载生物谷APP!
首页 » 细胞生物学 » 非编码RNA之lncRNA最新研究进展(上)

非编码RNA之lncRNA最新研究进展(上)

来源:本站原创 2017-10-31 21:44

2017年10月31日/生物谷BIOON/---长链非编码RNA(long noncoding RNA,lncRNA)是一类不编码蛋白的RNA分子,长度在200bp以上;研究表明,lncRNA具有保守的二级结构,可以与蛋白、DNA和RNA相互作用,参与多种生物学过程的调控。

国际著名的非编码RNA数据库NONCODE中显示,目前人类和小鼠的长非编码RNA基因的数目分别为56018和46475个。

lncRNA的表达水平相对于编码蛋白的基因一般比较低。多数lncRNA虽然不直接参与基因编码和蛋白质合成,但在基因组印记、染色质修饰、基因转录后调控、剪切和修饰等过程中发挥着非常重要的功能,也在很多生命活动中均起着举足轻重的作用。它们与疾病的发生发展、诊断治疗密切相关,迅速成为当今分子生物学最热门的前沿研究领域之一。另外,lncRNA的亚细胞位置上也呈多样化,在细胞核、细胞质和细胞器均有分布,甚至某些lncRNA具有独特的亚细胞位置,有可能是全新的亚细胞构成。

1.我国首次创建并发布LncRNA疾病数据库
doi:10.1093/nar/gks1099
来自北京大学的研究人员在世界上首次创建并发布了长非编码RNA疾病数据库(lncRNA and disease database, LncRNADisease),这一数据库收录了160多种和长非编码RNA有关的疾病,并集成了一个生物信息学工具用以预测新的人类长非编码RNA和疾病的关系。这一研究成果公布在Nucleic Acids Research杂志上。

为了能建立已发现的上万个长非编码RNA与疾病的密切关系,崔博士等人构建了长非编码RNA疾病数据库(lncRNA and disease database, LncRNADisease),这是国际上第一个长非编码RNA疾病数据库,收录了160多种和长非编码RNA有关的疾病,LncRNADisease也对长非编码RNA与疾病之间的关系做了详细注释,这一数据库还集成了一个生物信息学工具用以预测新的人类长非编码RNA和疾病的关系。

LncRNADisease收录了有实验支持的9445条记录,包括591个微小RNA基因和396种人类疾病(2012年9月份数据),目前这一数据库拥有来自六大洲40多个国家的上千个用户,已经成为国际上研究微小RNA和人类疾病关系的重要生物信息学平台,为微小RNA和人类疾病关系研究做出了贡献。

2.Gene Dev:首次发现lncRNA阻止红细胞死亡
doi:10.1101/gad.178780.111


美国麻省理工白头研究所研究人员发现长链非编码RNA(long-noncoding RNAs, lncRNAs)另一个不为人知的作用:阻止红细胞发生凋亡。2011年12月7日,该研究成果在线发表在《基因与发育》(Genes and Development)期刊上,表明lncRNAs很可能在促进某些程序性细胞死亡(亦称作细胞凋亡)极少发生的白血病形成过程中发挥着作用。这也是迄今为止第一篇鉴定出一种特异性的lncRNA在红细胞发生中发挥作用的研究文章。

通过研究小鼠胎儿肝脏---它是红细胞及其祖细胞的丰富来源,该研究第一作者Wenqian Hu筛选在lncRNAs存在时处于红细胞发育各个阶段的红细胞。他发现这些细胞表达了400多种lncRNAs,但在红细胞成熟过程结束时,有一种特异性的lncRNA大量表达。研究小组将这种 lncRNA称作促进红细胞存活的长链基因间非编码性RNA(long intergenic non-coding RNA-erythroid-pro-survival, lincRNA-EPS)。

为了确定lincRNA-EPS的功能,Hu阻断它在成熟中的红细胞内表达,当这些细胞开始分化时,它们就死掉。Hu然后在成熟中的红细胞内表达lincRNA-EPS,在促红细胞生成素(erythropoietin)---正常情况下阻止血祖细胞发生凋亡---不存在时培养这些细胞。他发现缺乏促红细胞生成素时这些细胞并没有发生所预期的细胞死亡,相反这些表达lincRNA-EPS的细胞继续存活下来,这就意味着lincRNA-EPS本身就能够阻止细胞凋亡。

Hu进一步开展研究后发现,lincRNA-EPS抑制促进程序性细胞死亡的基因Pycard表达,这就部分解释了lincRNA-EPS在阻止细胞凋亡中所起的作用。

3.Hepatology:揭示lncRNA Dreh抑制肝细胞癌转移机制
doi:10.1002/hep.26195


第二军医大学孙树汉教授课题组使用Arraystar Human LncRNA芯片研究肝癌,连续发表了两篇Hepatology文章;近期,其课题组的研究成员应用Arraystar Mouse LncRNA芯片,首次发现了能抑制肝癌转移的新LncRNA——Dreh,该研究成果刊登在国际著名肝病研究杂志Hepatology上。

应用美国Arraystar公司Mouse LncRNA V2。0芯片,研究人员分别对6只HBx转基因小鼠和对照组小鼠肝脏的LncRNA表达谱进行研究,筛选出差异表达的长链非编码RNA,其中LncRNA。Dreh(AK050349)表达量在所有年龄和性别的转基因小鼠中都显着下调,因此研究者将目标锁定在该分子上。

研究者对LncRNA。Dreh进行深入的功能分析,发现其能抑制细胞的增殖和迁移;进一步的研究发现LncRNA。Dreh抑癌作用背后的分子机制:它能结合中间丝蛋白并抑制其表达,通过改变细胞骨架结构和形态,阻止癌细胞的转移。

由于LncRNA。Dreh的保守性很高,在对50例临床样本(肝癌组织v。s。癌旁组织)的研究中发现:该分子在癌组织中表达量比正常组织低,并且和病人的预后相关;LncRNA。Dreh表达量高的病人复发率低并且生存期长。

4.Nucleic acid Therapeutics:ddPCR在lncRNA研究中的作用
doi:10.1089/nat.2013.0427

近年来,在小RNA的研究方面,长非编码RNA(long noncoding RNA, lncRNA)研究成为热点。

虽然研究甚少,但人们对lncRNA研究正在逐步加深。比如,文献中通过绝对定量的方式,可以对lncRNA分子进行直接定量,从而大致判断其对基因表达的调控属于顺式还是反式作用;对不同lncRNA以及管家基因在亚细胞水平上的表达做了分析。

值得一提的是,研究人员对ddPCR在lncRNA研究方面相对于qPCR技术发表了他们的看法,非常具有推广和借鉴意义。

总之,lncRNA的异常和疾病关系密切,将成为理解疾病、寻找疾病分子标记物、药物靶点的新的研究方向。

5.昆明动物所发现裸鼹鼠的抗癌特性与长链非编码RNA密切相关
doi:10.1186/s13072-016-0101-5


近日,中国科学院昆明动物研究所孔庆鹏课题组研究发现裸鼹鼠的抗癌特性与长链非编码RNA密切相关,相关成果发表在《表观遗传学与染色质》(Epigenetics & Chromatin)上(点击左下角阅读原文)。昆明动物所博士研究生江建军为文章的第一作者,研究员孔庆鹏和副研究员何永扞为文章的并列通讯作者。

孔庆鹏课题组以裸鼹鼠为研究对象,建立了一套严格的lncRNA鉴定流程,从裸鼹鼠基因组中成功鉴定出4,422条高质量lncRNA,并发现裸鼹鼠的lncRNA具有表达丰度低、组织特异性强及保守性低等特点;通过共表达分析对裸鼹鼠的lncRNA功能进行预测,发现大约61。93%的裸鼹鼠lncRNA与抑癌基因表达高度相关。进一步分析发现,裸鼹鼠的lncRNA与透明质酸相关基因存在较高的共表达关系,而透明质酸已被证实是裸鼹鼠具备抗癌特性的关键物质。该结果提示,裸鼹鼠的lncRNA可能通过调控透明质酸的生成,使得其拥有天然的抗癌特性。

6.我国学者揭示长链非编码RNA顺式调控基因表达的新模式
Doi:10.1016/j.stem.2016.01.024

国际学术期刊Cell Stem Cell(《细胞•干细胞》)于近日在线发表了清华大学医学院沈晓骅研究组的最新研究成果“Divergent lncRNAs regulate gene expression and lineage differentiation in pluripotent cells”(反义长链非编码RNA调控基因表达和多能干细胞分化),系统揭示了长链非编码RNA顺式调控基因组上邻近基因的表达,以及它们在干细胞分化和发育中的作用。该研究工作得到国家自然科学基金项目(31471219, 8141101062)等的资助。

沈晓骅研究组发现,lncRNA在基因组上的分布不是随机的,并根据它们在基因组上与邻近蛋白编码基因的位置关系进行了分类。其中,反义长链非编码RNA(divergent lncRNAs)与邻近蛋白基因在基因组上以头对头的方式反向排列和转录。它们占人和鼠lncRNA总数的20%,更倾向于分布在编码转录因子和发育调控基因的附近,在进化上它们比远离蛋白编码基因的lncRNAs更为古老。令人惊叹的是,沉默75%的随机挑选的反义长链非编码RNA,均导致了邻近蛋白基因的表达下降。该课题组以lncRNA Evx1as为例深入解析了反义长链非编码RNA作用的分子机制。Evx1as RNA原位结合在自身转录的DNA区域,招募转录激活辅助因子Mediator,促进一个激活状态的染色质表观修饰和高级结构的形成,为EVX1的快速激活提供一个“时机之窗”去整合各种信号,从而正向调控EVX1的基因转录。干扰lncRNAEvx1as的表达,严重阻碍了多能干细胞的分化。因此,反义长链非编码RNA,至少其中相当多的一部分,能够顺式调节邻近蛋白编码基因的转录,精密控制这些发育多样性基因位点的时空表达,并参与到与之相关的发育和其它生物学过程。

这一研究发现从一个更高的层面上揭示出lncRNAs顺式调控邻近蛋白编码基因是一种广泛存在的转录调控新模式。基于以上顺式调控规律,人们可以根据邻近已知蛋白编码基因的功能,预测出大量未经鉴定的非编码lncRNA的功能。这种功能上的预测,将帮助科研人员更好地设计实验和研究未知lncRNA,对全面认识非编码基因组的功能、基因表达调控和生物体发育具有重要意义。

7.Oncogene:长链非编码RNA与免疫细胞癌变研究获进展
doi:10.1038/onc.2014.131


Abelson鼠白血病病毒(A-MuLV)是一种可以诱导小鼠淋巴细胞癌变的逆转录病毒,v-Abl是A-MuLV的癌基因。Bcr-Abl癌基因是由位于人类9号染色体的c-Abl基因和22号染色体的Bcr基因断裂易位融合而成,编码的Bcr-Abl融合蛋白可以诱发人的慢性粒细胞白血病(CML)和急性淋巴细胞白血病(ALL)。Abl(v-Abl,Bcr-Abl)诱导的免疫细胞癌变涉及许多与细胞凋亡(Apoptosis)和增殖相关信号转导通道的异常调控、相关信号分子的突变或者修饰以及短链非编码RNA(miRNA)的异常表达等生物学过程。近年来大量的实验证据表明长链非编码RNA(long noncoding RNA, lncRNA)在细胞生命活动中发挥重要作用,但是lncRNA在Abl诱导免疫细胞转化过程中的作用仍不清楚。

中国科学院微生物研究所陈吉龙研究员领导的病毒感染与肿瘤发生机理研究组针对lncRNAs在鼠白血病病毒的v-Abl、人类Bcr-Abl癌基因诱导的细胞癌变中的功能展开研究。利用lncRNA表达谱芯片分析了Bcr-Abl转化的人白细胞系K562中lncRNA的表达情况,发现K562细胞中存在多种lncRNAs的表达,干扰Bcr-Abl导致其中许多lncRNAs的表达水平发生显着变化。经过初步的功能试验筛选,集中在lncRNA-BGL3(lncRNA Beta Globin Locus 3)和H19进行了深入的研究。研究发现Bcr-Abl能够抑制lncRNA-BGL3在K562细胞和CML临床病人白血病细胞中的表达。lncRNA-BGL3的过表达能够促进Abl转化细胞走向凋亡,并且抑制细胞在裸鼠体内诱导的肿瘤生长。

利用lncRNA-BGL3过表达转基因小鼠(Transgenic Mice)模型,发现lncRNA-BGL3的过表达能够削弱Bcr-Abl诱导小鼠骨髓细胞转化的能力,说明lncRNA-BGL3是作为负调控因子参与到Abl诱导的白细胞恶性转化过程。研究lncRNA-BGL3的作用机理,发现lncRNA-BGL3和PTEN具有相同的miRNA反应元件,两者都是miR-17,miR-93,miR-20a,miR-20b,miR-106a和miR-106b的靶基因。lncRNA-BGL3可以作为竞争性内源RNA(competitive endogenous RNA, ceRNA)竞争性结合这些miRNA,影响这些miRNA对PTEN的抑制作用,调控PTEN的表达,从而影响细胞的存活。另一方面,研究H19在Bcr-Abl诱导细胞转化中的作用,发现干扰H19的表达能够促进K562细胞的凋亡,并且抑制细胞在裸鼠体内诱导的肿瘤生长,表明H19在Bcr-Abl诱导白细胞癌变中同样发挥重要作用。

8.Science:科学家发现长链非编码RNA作用新模式
Doi:10.1126/science.1251456


中国工程院院士、中国医学科学院院长曹雪涛带领课题组发现,长链非编码RNA(lncRNA)可通过直接结合细胞浆中的信号转导蛋白分子并影响其磷酸化的新方式而调控免疫细胞的分化发育与功能。该成果为研究lncRNA发挥生物学效应的作用机制提出了新观点,并为免疫细胞分化发育与功能调控研究提出了新方向。相关成果发表于新一期《科学》。

树突状细胞(DC)作为机体免疫系统的“哨兵”,在识别外界病原体入侵并启动免疫应答反应中起着关键性作用。因此,关于DC如何定向分化发育及其免疫激活功能如何得以有效发挥,成为免疫学领域的研究重点。

在“973”计划与国家自然科学基金重点项目的资助下,曹雪涛与第二军医大学医学免疫学国家重点实验室博士生王品以及中国医学科学院医学分子生物学国家重点实验室、浙江大学医学院免疫学研究所科研人员组成联合研究团队,用转录组芯片和RNA-seq高通量方法,动态分析了人外周血单核细胞分化为非成熟DC、成熟DC过程中的长链非编码RNA(lncRNA)表达谱变化,发现了一个在人DC中选择性高表达的lncRNA并将此功能未知的新lncRNA命名为lnc-DC。

研究表明,lnc-DC存在于DC胞浆中,能通过一种尚未报道过的作用方式,即通过其3’端结构区域直接结合胞浆中信号转导蛋白分子STAT3并保护STAT3的Y705位磷酸化,从而增强DC中STAT3信号通路,发挥其维持与促进人DC发育成熟和激活T细胞免疫应答的能力,由此对DC分化发育、抗原提呈与免疫激活功能起到至关重要的作用。

9.Cell Stem Cell:长链非编码RNA对大脑发育的作用
doi:10.1016/j.stem.2013.03.003

加州大学旧金山分校的科学家们新发现了,一度被认为是“垃圾”的一类特殊的DNA在大脑发育过程中发挥重要的作用,并可能参与了一些致命性的神经系统疾病。

在这项研究中,UCSF小组研究了名为长链非编码RNA(long noncoding RNA, lncRNA)的分子,它与其他的RNA一样,都是通过相同的方式以DNA为模板产生。相关研究结果被发表在4月11日的Cell Stem Cell杂志上。

文章的第一作者Alexander Ramos进行了大量的计算机分析,建立了细胞内lncRNAs与基因激活之间的联系。Ramos特别观察了与特定发育途径或某些疾病进展相关的模式。他们发现了88个长链非编码RNAs与一种致命性神经退行性疾病亨廷顿氏舞蹈病之间的联系。另外,他们还发现了这群特殊的长链RNAs与阿尔茨海默病、痉挛、重度抑郁症和各种癌症之间也存在相对较弱的联系。

Ramos综合利用了多种可测序和分析DNA/RNA的先进技术来研究染色体上发生的特殊化学改变以及中枢神经系统发现的特殊类型细胞中的lncRNAs。该研究从大约9000个预测的哺乳动物lncRNAs中确定了大约2000个新的lncRNAs。

10.Hepatology:解析与肝癌微血管浸润相关的长链非编码RNA
doi:10.1002/hep.25895


来自第二军医大学的研究人员在新研究中揭示了一种与肝癌微血管浸润相关的长链非编码RNA,以及其促进血管生成的分子机制,这一RNA或可作为肝癌患者肝切除术后患者无复发的生存率不良的预测因子。相关论文发表在相关论文发表在国际著名肝脏疾病杂志Hepatology上(最新影响因子11.665)上。

在这篇文章中,研究人员发现了一种与肝癌微血管浸润相关的长链非编码RNA(lncRNA MVIH)在肝癌中普遍过表达。在215名肝癌患者中,研究人员证实MVIH过表达与频繁的微血管浸润及较高的肿瘤淋巴结转移阶段,以及无复发生存率下降有关。并且,MVIH上调可作为一个独立的风险因子预测无复发生存率不良。

研究人员还在小鼠模型中证实,MVIH可以通过启动血管发生从而促进肿瘤生长以及肝内转移。随后进一步的研究表明MVIH有可能通过抑制磷酸甘油酸激酶1(Phosphoglycerate kinase1,PGK1)促进了肿瘤诱导的血管生成。此外,在65个肝癌样本中,研究人员证实MVIH的表达与PGK1血清水平负相关,与微血管密度正相关。

这些研究结果表明lncRNA MVIH失控可作为肝切除术后肝癌患者无复发生存率不良的一个预测因子,并为对抗异常活跃的血管生成提供了一种新辅助治疗的潜在靶点。

11.PLOS ONE:张永莲等长链非编码RNA参与调节精子成熟研究获进展
doi:10.1371/journal.pone.0026053

近日,国际著名杂志PLoS ONE在线刊登了上海生化与细胞所张永莲实验室的最新研究成果“Identification and Characterization of a Novel Non-Coding RNA Involved in Sperm Maturation,”文章中,作者阐述了关于长链非编码RNA以小RNA前体分子形式参与调节精子成熟的相关工作。

小RNA分子近年来成为研究基因表达调控的热门领域,但其在精子附睾成熟过程中的作用的研究报道却还很少。张永莲组倪敏洁博士等利用大鼠附睾 cDNA 文库筛选克隆到一个附睾特异的新长链非编码RNA分子(HongrES2)。该RNA分子全长1。6kb,有两个exon,并且两个exon来源于两个不同的染色体;具有类mRNA分子的5’端帽子和3’端polyA结构,但却没有开放读码框。其3’端序列和另一个附睾特异编码基因,羧基酯酶ces7的3’端序列完全同源,并能够在细胞水平下调CES7的蛋白表达。

进一步的研究表明,HongrES2能够生成一个23bp的小RNA分子mil-Hongres2(microRNA like HongrES2),而体内外实验都证明HongrES2对CES7的调节作用即为mil-hongres2对ces7 的直接靶向作用所致。另外该小RNA分子的生成量在正常生理水平很低,受到附睾炎症刺激后短时间内激增,表明其从前体到成熟体的过程受到严格调控;同时观察到如果整体过表达其小分子成熟体,大鼠精子的运动和获能等精子附睾成熟过程均受到影响。这些初期研究结果提示HongrES2以小分子调节RNA(small modulatory RNA,smRNA)的前体形式稳定存在于大鼠附睾组织中,参与维持附睾精子成熟所需特定的微环境,而其是否会在附睾炎中发挥保卫基因的作用还有待于后续的研究证实。该研究工作得到了中国科技部973项目的经费支持。

12.Nat Genet:通过多种方法探究长链非编码RNA,喜获重要突破
doi:10.1038/ng.3449


随着更多数据大量涌入,这种观点开始发生变化。数据表明,lncRNA被转录的基因组区域在进化中要比此前想象的更加高度保守,而这意味着它们具备一些功能。不过,直到今天,针对lncRNA的简洁且合理的分类系统仍遥不可及。

由于lncRNA的清单是如此之长,因此一个关键步骤是决定哪些被优先用于研究。约15年前在研究生阶段发现了lncRNA的John Rinn提议,从那些来自已同疾病联系起来的基因组区域的lncRNA开始。目前,Rinn在麻省理工学院和哈佛大学成立的布罗德研究所内管理一家专注于研究分子的实验室。

另一个想法是研究lncRNA位于哪些地方——比如,找到靠近转录起始点的lncRNA,这意味着它参与了调控附近的基因。目前,研究人员能相对轻松地追踪到细胞内分子的位置。Rinn和来自布罗德研究所以及宾夕法尼亚大学的其他研究人员利用一种名为单分子荧光原位杂交的技术,成功辨别出61个位于皮肤、肺和宫颈肿瘤细胞内的lncRNA分子的位置。

如今,科学家还能利用CRISPR-Cas9和其他基因编辑技术,干扰lncRNA被转录的部分DNA序列或者指挥其转录的启动子,从而测试lncRNA的功能。一些技术使实验室得以迅速筛选出大量lncRNA。当CRISPR-Cas9被用于研究蛋白编码基因的功能时,逻辑是相同的:将单碱基的删除或替换引入DNA,并且观察被改变转录的效果。

斯坦福大学医学院癌症生物学家Howard Chang介绍说,唯一的问题在于,和蛋白相比,lncRNA因微小改变失去能力的可能性更小,而序列改变通常要更加强烈。

一种完全不同的方法是找到正在同lncRNA发生相互作用的对象。“人们仍然相信,尽管lncRNA很重要,但在没有辅助因素的情况下,最终还是无法执行它们的功能。”RaNA疗法公司共同创始人、马萨诸塞州综合医院分子生物学家Jeannie Lee介绍说,而这些辅助因素几乎总是蛋白。

Lee和其他人已着手利用一种名为Xist的lncRNA揭示其相互作用。研究发现,Xist对于令雌性哺乳动物细胞中的两条X染色体之一失活是必需的,从而阻止雌性拥有很多两倍于雄性的X染色体基因产物。同Xist结合的蛋白通过多种机制令基因表达沉默。不过,去年科学家最终确定了这些“搭档”的身份。如今,研究发现,这些蛋白不仅能吸引令转录沉默的其他分子,还能排斥一些启动转录的分子。

探究lncRNA功能的第三种方法是研究它们的结构。虽然该方法不能像预测蛋白的功能那样,直接预言lncRNA的功能,但对RNA的拱起和折叠有更多了解可能会提供一些信息。“这是一个完全开放的领域,需要开展很多工作。”新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室结构生物学家Karissa Sanbonmatsu表示。

建立某个lncRNA二级结构的方法包括化学探测,比如被称为SHAPE的方法。它牵扯到将乙酰基附着到RNA上,并且仅在灵活的区域修改其“支柱”。被修改的地点会阻断“阅读”RNA以创建互补DNA序列的酶,以至于生成的是短的DNA片段而非长链。随后,这些片段能在凝胶上被测序或按大小分类。

不过,这种结构方法不得不解决RNA在试管内和细胞中表现不同的问题。和结合研究一样,最新技术是在试管内进行的。2012年,一个包括Chang在内的团队描述了能在活体细胞内发挥作用的SHAPE的一个版本,并且从那以后对其进行改善,以同时描绘上千个RNA的结构。

和其他方法一样,结构研究需要大量时间的投入,因此在聚焦最有可能具备功能的lncRNA时,必须作出谨慎的选择。Sanbonmatsu介绍说,幸运的是,研究人员在这种分类上表现得越来越好。她建议在判断功能意义的可能性时,科学家应先从拥有已知表型的lncRNA开始,然后通过化学方法探究它们,以获得二级结构,并且检查它们在多大程度上能在其他物种中被保留下来。(生物谷 Bioon.com)

版权声明:本文系生物谷原创编译整理,未经本网站授权不得转载和使用。如需获取授权,请点击
温馨提示:87%用户都在生物谷APP上阅读,扫描立刻下载! 天天精彩!


...(全文约13328字)
显示全文...
<< 去看24小时最新(24)

相关标签

最新会议 培训班 期刊库