非编码RNA——沉默世界的神奇调控

非编码RNA——沉默世界的神奇调控

2016年08月31日讯 在过去，非编码RNA（non-coding RNA， ncRNA）因为不能编码蛋白质而被认为是基因组中的“暗物质”或“垃圾RNA”，是一类并没有什么存在感的物质。然而近年来，它在越来越多的研究中得以“洗白”。

miRNA提高肿瘤免疫疗法效率

来自中科院深圳先进技术研究院的Yifan Ma课题组对miRNA在调节DC响应TLR信号中的作用进行了深入研究，相关结果发表在近期的《Journal of Immunology》杂志上。

过去几十年来，基于疫苗的免疫疗法在治疗癌症方面取得了长足的发展。然而，这类方法的抗癌效率却由于肿瘤的免疫耐受效应而变得十分有限。树突状细胞（Dendritic cells， DC）在肿瘤微环境中往往缺乏成熟的条件，而且功能也不完全，与之相随的还有Treg细胞的增殖以及常规T细胞的抑制。这些现象最终导致了肿瘤的免疫耐受以及免疫逃逸。肿瘤相关DC的失活使得其对TLR配体物质的感受能力下降，这也造成了癌症免疫疗法的阻碍。因此，如何重新诱导肿瘤相关DC在体内的功能是提高肿瘤免疫疗法效率的关键。

在过去的研究中已经发现miRNA在代谢、细胞增殖、分化、细胞凋亡以及发育中具有重要的作用。miRNA的失调会引发多种机体的异常反应，包括癌症、心血管疾病、神经发育疾病以及肝脏疾病。特别地，研究表明miR-148/152能够通过调节钙调素依赖蛋白激酶IIa的活性来抑制DC中TLR的信号传递。另外，DNA的甲基化对于DC的发育与功能也具有同样重要的作用。

首先，作者比较了普通DC与肿瘤相关DC中各类免疫因子的表达情况。结果显示：肿瘤相关DC中CD86、MHCII、B7-H1等蛋白的表达水平都有明显下降。与此相反，肿瘤相关DC中miR148a、miR148b以及miR152的表达量相比常规DC有明显提高。

进一步，作者发现肿瘤相关DC中DNA甲基转移酶1（DNMT1）的水平相比常规DC有60%的下降，而这一下降是由上述miRNA介导的基因表达抑制效应导致的。DNMT1的下调导致CD83、MHCII、IFN-B以及IL-12等免疫因子表达水平的降低，而且导致DC在感受TLR-3信号时的反应程度的下降。

最后，作者人为地抑制了miR-148a的活性，并使用poly（I：C）对肿瘤相关DC进行刺激。结果显示，miRNA活性的抑制能够使得DC对TLR配体刺激的灵敏度提高，并促进DC的成熟以及免疫因子的释放。

综上，作者认为针对miRNA的修饰能够有效提高肿瘤相关DC的成熟与活化水平，并提高肿瘤免疫疗法的效率。

沉默microRNA促进间充质干细胞进行关节软骨损伤修复

来自意大利的科学家们在国际学术期刊Stem Cells上发表了一项最新研究进展，他们发现在人类间充质干细胞中沉默一种抗软骨形成的microRNA能够促进间充质干细胞向软骨细胞方向分化，为应用间充质干细胞进行体内软骨组织修复提供了新的可能。

在这项最新研究中，科学家们发现对抗软骨形成调节因子microRNA-221进行沉默能够在体外和体内高效促进hMSC细胞的软骨形成过程，并且该过程不需要软骨形成诱导因子TGF-β的作用。研究人员首先在传统的3D培养基中对这种方法的可行性进行了验证，随后在体内模型中进行了验证。

在体外培养条件下，研究人员观察到在不添加TGF-β的情况下沉默miR-221就足以驱动hMSC细胞向软骨细胞方向分化。在体内环境里，研究人员首先利用藻酸盐将沉默了miR-221的hMSC细胞进行胶囊化，随后将胶囊化的细胞填充到关节软骨活检组织的软骨损伤部位。

之后研究人员将活检组织植入裸鼠皮下，通过与对照组进行对比发现沉默miR-221能够大大增强体内软骨修复，除此之外沉默了miR-221的hMSC在体内形成的软骨组织并没有表现出X型胶原沉积的迹象。

总的来说，这些数据表明沉默miR-221有促进软骨形成的作用，为使用hMSC进行软骨组织工程提供了新的可能。

利用血液中的microRNAs分子或可准确预测肝细胞癌

近日刊登于Oncotarget杂志上的一项研究中，来自托马斯杰斐逊大学的研究者发现，通过血液检测技术对一组特殊的microRNAs进行检测或许可以帮助预测高风险肝细胞癌的个体。

研究者对最终患肝癌的一大群乙肝病毒感染病人进行研究，分析了患者血液样本中的分子特性；研究者表示，在373名感染乙肝病毒但最初未患癌的患者中，40名个体在平均随访4.5年时患上了肝癌，研究者对患者血液中24种microRNAs进行了相关分析，结果表明，在患者患癌之前有15种microRNAs分子都改变了正常的基因表达模式，这就表明，这些分子或可被用来预测个体患肝癌的可能性。

早期研究中，研究者鉴别出了24种microRNAs分子，然而他们并不清楚这些microRNAs分子引发肝癌的分子机制，或者是患者机体已经发生癌变后所引发的结果；通过对病人进行跟踪研究，利用患者在患肝癌前去年的的血液样本进行分析，研究者首次回答了上述问题，此外还发现，血液中循环的microRNAs分子就可以预测患者癌症的发生。

文章第一作者Chun Wang表示，这项研究证实了此前关于microRNAs和肝癌关系的结果，同时还深入研究表明，这些microRNAs分子可以通过一种非侵入性的血液检测来帮助预测个体患肝癌的风险。当前在乙肝患者中进行的肝癌风险非侵入性检测手段主要用来检测甲胎蛋白分子，而甲胎蛋白还和丙肝感染相关，但甲胎蛋白并不是乙肝患者患癌风险的良好预测子。

实际上研究者通过甲胎蛋白的检测发现，94%被错误分类的患者实际上并未患癌；同样地，在57%的高风险肝癌患者中，利用microRNAs检测可以将实际患癌者比例降低到33%。

尽管利用这15种microRNAs分子进行肝癌检测非常有用，但这并不是最完美的，研究者Yang指出，未来我们还需要寻找更多的microRNAs分子来帮助预测肝癌从而使其可以成为更加优化高风险患者疾病的有效工具。相关研究由美国国家癌症研究所等机构提供资助。

研究lncrna为什么要对lncrna进行沉默

定义
长链非编码RNA(long noncoding RNA, lncRNA)
◆ 长度在200- nt之间的RNA分子
◆不编码蛋白
◆ lncRNA参与细胞内多种过程调控
◆种类、数量、功能都不明确

◆Antisense lncRNA (反义长非编码RNA)
◆Intronic transcript (内含子非编码RNA)
◆Large intergenic noncoding RNA (lincRNA)
◆Promoter-associated lncRNA(启动子相关lncRNA)
◆UTR associated lncRNA (非翻译区lncRNA)
背景
在近十余年的生命科学研究中非编码调控RNA可谓是研究最火的领域之一，从06年诺奖的siRNA，到这几年异常火爆的microRNA，到即将登场并定能风靡的lncRNA，可谓如火如荼。
RNA不仅仅只承担遗传信息中间载体的辅助性角色，而是更多地承担了各种调控功能。ncRNA在发育和基因表达中发挥的复杂精确的调控功能极大地解释了基因组复杂性之难题，同时也为人们从基因表达调控网络的维度来认识生命体的复杂性开启新的天地．现在大部分研究集中于短 RNA如 microRNA，piRNA 等一些 ncRNA 生物生成机制和调控通路，甚至在一些人类复杂疾病中的功能，但是这都只是冰山一角。人们对lncRNA(Long noncoding RNAs, LncRNAs) 的认识还处在初级阶段，lncRNA起初被认为是基因组转录的“噪音”，是RNA聚合酶II转录的副产物，不具有生物学功能。然而，近年来的研究表明，lncRNA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，lncRNA的这些调控作用也开始引起人们广泛的关注。哺乳动物 基因组序列中4%~9%的序列产生的转录本是lncRNA（相应的蛋白编码RNA的比例是1%），虽然近年来关于lncRNA的研究进展迅猛，但是绝大部分的lncRNA的功能仍然是不清楚的，随着研究的推进，各类 lncRNA 的大量发现，lncRNA 的研究将是 RNA 基因组研究非常吸引人的一个方向，使人们逐渐认识到基因组存在人类知之甚少的“暗物质”。

长链非编码rna生物学机制有哪些

什么是长链非编码RNA?
长链非编码RNA（Long non-coding RNA, lncRNA）是一类本身不编码蛋白、转录本长度超过200nt的长链非编码RNA分子，它可在多层面上（表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等）调控基因的表达。lncRNA最初被认为是RNA聚合酶II转录的副产物，是一种“噪音”，不具有生物学功能。然而，今年来的研究表面，lncRNA参与了X染色体沉默、染色体修饰和基因组修饰、转录激活、转录干扰、核内运输等过程，其调控作用正在被越来越多的人研究。

表观遗传学的非编码RNA

功能性非编码RNA在基因表达中发挥重要的作用，按照它们的大小可分为长链非编码RNA和短链非编码RNA。长链非编码RNA在基因簇以至于整个染色体水平发挥顺式调节作用。在果蝇中调节“剂量补偿”的是roX RNA，该RNA还具有反式调节的作用，它和其它的蛋白共同构成MSL复合物，在雄性果蝇中调节X染色体活性。在哺乳动物中Xist RNA调节X染色体的失活，其具有特殊的模体可和一些蛋白共同作用实现X染色体的失活。Tsix RNA是Xist RNA的反义RNA，对Tsix起负调节作用，在X染色体随机失活中决定究竟哪条链失活。air RNA调节一个基因簇的表达，该基因簇含有3个调节生长的基因[38]。长链RNA常在基因组中建立单等位基因表达模式，在核糖核蛋白复合物中充当催化中心，对染色质结构的改变发挥着重要的作用。
短链RNA在基因组水平对基因表达进行调控，其可介导mRNA的降解，诱导染色质结构的改变，决定着细胞的分化命运，还对外源的核酸序列有降解作用以保护本身的基因组。常见的短链RNA为小干涉RNA(short interfering RNA, siRNA)和微小RNA(microRNA, miRNA)，前者是RNA干扰的主要执行者，后者也参与RNA干扰但有自己独立的作用机制。 非编码RNA对防止疾病发生有重要的作用。染色体着丝粒附近有大量的转座子，转座子可在染色体内部转座导致基因失活而引发多种疾病甚至癌症，然而在着丝粒区存在大量有活性的短链RNA，它们通过抑制转座子的转座而保护基因组的稳定性。在细胞分裂时，短链RNA异常将导致染色体无法在着丝粒处开始形成异染色质，细胞分裂异常，如果干细胞发生这种情况可能导致癌症的发生。siRNA 可在外来核酸的诱导下产生，通过RNA干扰清除外来的核酸，对预防传染病有重要的作用。RNA干扰已大量应用于疾病的研究为一些重大疾病的治疗带来了新的希望。
非编码RNA不仅能对整个染色体进行活性调节，也可对单个基因活性进行调节，它们对基因组的稳定性、细胞分裂、个体发育都有重要的作用。RNA干扰是研究人类疾病的重要手段，通过其它物质调节RNA干扰的效果以及实现RNA干扰在特异的组织中发挥作用是未来RNA干扰的研究重点。 研究基因的核苷酸序列不发生改变的情况下，基因表达了可遗传的变化的一门遗传学分支学科。表观遗传的现象很多，已知的有DNA甲基化（DNA methylation），基因组印记（genomic impriting），母体效应（maternal effects），基因沉默（gene silencing），核仁显性，休眠转座子激活和RNA编辑（RNA editing）等，国际上表观遗传学已经构成了系统遗传学研究的一个重要方面。

LncRNA 概述

表观遗传学是研究基因表达发生了可遗传的改变，而DNA序列不发生改变的一门生物学分支，对细胞的生长分化及肿瘤的发生发展至关重要。表观遗传学的主要机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰及新近发现的非编码RNA。非编码RNA是指不能翻译为蛋白的功能性RNA分子，其中常见的具调控作用的非编码RNA包括小干涉RNA、miRNA、piRNA以及长链非编码RNA。研究者的大量研究表明非编码RNA在表观遗传学的调控中扮演了越来越重要的角色。

在近十余年的生命科学研究中非编码调控RNA可谓是研究最火的领域之一，从2006年诺奖的siRNA，到这几年异常火爆的microRNA，到即将登场并定能风靡的lncRNA，可谓如火如荼。RNA不仅仅只承担遗传信息中间载体的辅助性角色，而是更多地承担了各种调控功能。

lncRNA在发育和基因表达中发挥的复杂精确的调控功能极大地解释了基因组复杂性之难题，同时也为人们从基因表达调控网络的维度来认识生命体的复杂性开启新的天地。研究者大部分研究集中于短?RNA如?microRNA，piRNA?等一些?ncRNA?生物生成机制和调控通路，甚至在一些人类复杂疾病中的功能，但是这都只是冰山一角。人们对lncRNA（Long noncoding RNAs，lncRNAs）的认识还处在初级阶段，lncRNA起初被认为是基因组转录的“噪音”，是RNA聚合酶II转录的副产物，不具有生物学功能。然而，有文献研究表明，lncRNA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。lncRNA的这些调控作用也开始引起人们广泛的关注。

哺乳动物基因组序列中，4%~9%的序列产生的转录本是lncRNA（相应的蛋白编码RNA的比例是1%）。虽然关于lncRNA的研究进展迅猛，但是绝大部分的lncRNA的功能仍然是不清楚的，随着研究的推进，各类lncRNA?的大量发现，lncRNA?的研究将是RNA?基因组研究非常吸引人的一个方向，使人们逐渐认识到基因组存在人类知之甚少的“暗物质”。

近年来lncRNA得到了研究界的广泛关注，人们已经在测序技术的帮助下鉴定了大量lncRNA，但lncRNA的生物学功能依然迷雾重重。

西班牙IMIM（Hospital del Mar Medical Research Institute）和加泰罗尼亚理工大学（UPC）的研究团队最近在eLife杂志上发表研究指出，长非编码RNA在新蛋白演化中起到了重要的作用，它们在细胞中有着不为人知的重要功能。长非编码RNA是指长度超过三百个核苷酸的RNA分子，其上没有编码蛋白的阅读框。在细胞内lncRNA的丰度约占到70%至98%，有些lncRNA甚至长达几千bp。虽然lncRNA没有编码任何蛋白质，但它们的表达在不同组织和发育阶段依然具有特异性，这说明lncRNA具有重要的生物学意义。绝大多数lncRNA位于细胞核，它们对应的DNA区域有的与蛋白编码基因重叠，有的位于基因之间或者内含子中。由于lncRNA似乎没有承担什么生物学功能，它们曾被认为是一种“进化噪声”。现在西班牙的研究人员通过新测序技术向人们展示，许多这样的转录本也有机会翻译成为蛋白。这一发现旋即引起了激烈的争论。

Mar Albà等人在六个物种中（人类、小鼠、鱼、果蝇、酵母和一种植物）验证了这一结果，许多lncRNA与核糖体关联，似乎随时准备翻译成为蛋白。这说明，lncRNA可以成为新蛋白合成的资源。这项研究显示，大多数lncRNA是种系特异性的，很少有lncRNA存在于两个以上的物种中。由此可见，这些lncRNA很可能是最近才演化出来的。事实上，lncRNA分子表现出许多与“年轻”基因相似的特性。新功能性蛋白的出现，是一个反复尝试的过程。因此细胞需要生成大量的转录本，这些转录本不一定都能通过时间的检验。lncRNA与这样的转录本很相符。对近亲物种进行研究，将有助于我们进一步理解新基因的形成机制，鉴定那些可能有功能的转录本。lncRNA表达模式改变与特定疾病的关联，也是一个很有吸引力的研究方向。

随着lncRNA功能逐步显现，其与靶点的作用机制成为进一步的热点。早期认为原位调控是lncRNA?作用的唯一机制，它通过招募形成染色质修饰复合物而沉默邻近基因转录，例如IGF2R?反义RNA（antisense of IGF2R RNA，AIR）、XIST?等。而Hox?基因反义基因间RNA（Hox antisense intergenicRNA，HOTAIR）的发现提示lncRNA可能存在远程调控。

同源异型基因（homeotic genes，HOX）在细胞增殖与定向分化中起关键作用，人类Hox?基因簇约含100个ncRNA?基因，其中HOTAIR?定位于HOXC?基因座12q13.13。HOTAIR的5'端可招募结合多梳蛋白抑制复合物2（polycomb repressivecomplex 2，PRC2），借助PRC2上三个H3K27甲基化酶EZH2、SUZ12和EED，使另一基因座HOXD上长约40 kb的序列转录沉默，从而在乳腺上皮细胞内使细胞内转录倾向于胚胎成纤维细胞样表型。超过20%的lncRNA?能够通过结合PRC2或其他类似复合物发挥作用，提示lncRNA的远程调控机制在生物体内广泛存在。

长链非编码RNA的作用机制非常复杂，至今尚未完全清楚。根据目前的研究，lncRNA的作用机制如要有以下几种。

（1）编码蛋白的基因上游启动子区（橙色）转录，干扰下游基因（蓝色）的表达；

（2）抑制RNA聚合酶II或者介导染色质重构以及组蛋白修饰，影响下游基因（蓝色）的表达；

（3）与编码蛋白基因的转录本形成互补双链（紫色），干扰mRNA的剪切，形成不同的剪切形式；

（4）与编码蛋白基因的转录本形成互补双链（紫色），在Dicer酶的作用下产生内源性siRNA；

（5）与特定蛋白质结合，lncRNA转录本（绿色）可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）结合到特定蛋白质上，改变该蛋白质的细胞定位；

（8）作为小分子RNA（如miRNA、piRNA）的前体分子。

目前，发现的参与哺乳动物基因活动的lncRNA已有上千个，其调控基因表达的机制存在共性。一般来说，lncRNA主要从表观遗传学、转录调控及转录后调控等3个层面实现对基因表达的调控。

1 . 表观遗传调控

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X ist RNA密切相关。近十年研究证实，lncRNA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的lncRNA。

2.? 转录调控

LncRNA能够通过多种机制在转录水平进行调控，表现在如下几个方面：

LncRNA的转录可以干扰邻近基因的表达。例如，酵母的SER3基因受到上游一段lncRNA——SRG1的干扰。近端启动子转录的lncRNA可将RNA结合蛋白定位至基因启动子区域从而调控基因表达。如，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——组蛋白乙酰基转移酶和p300的活动，进而使CCND1基因的表达沉默。

LncRNA可作为共因子调节转录因子的活性。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（RNAP）II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。

再如，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，父系染色体上一未拼接的?lncRNA——A irn从母源性Igf2r上的ICR区域开始转录，方向与Igf2r相反。这一反义链转录的RNA规模较大,跨越整个Igf2r启动子。并越过基因间区抵达邻近基因。属于一种转录干扰机制。

3 . 转录后调控

LncRNA在转录后水平可与mNRA形成双链RNA复合物，以掩盖mRNA的主要顺式作用元件，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，从而防止该内含子被剪切。该区域含有对于Zeb2蛋白表达所必须的核糖体结合位点，Zeb2通过这种方式能够提高Zeb2蛋白的表达量。这一例子说明lncRNA可以指导mRNA亚型的选择性剪接。

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。这一租用类似于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。

本文地址:http://dadaojiayuan.com/jiankang/301560.html.

声明： 我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本站部分文字与图片资源来自于网络，转载是出于传递更多信息之目的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们(管理员邮箱：douchuanxin@foxmail.com)，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!

上一篇: 潜力无限！CAR-T细胞免疫疗法有望···

下一篇: Science：48年谜团终解决！利···