长链非编码RNA的生物学功能研究进展

第３５卷第３期２０１４年３月家畜生态学报ＡｃｔａＥｃｏｌｏｇｉａｅＡｎｉｍａｌｉｓＤｏｍａｓｔｉｃｉＶ０１．３５Ｎｏ．３Ｍａｒ．２０１４

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王国强，卫宁，王禹，庞卫军。（西北农林科技大学动物科技学院，陕西杨凌７１２１００）

［摘要］长链非编码ＲＮＡ（１ｎｃＲＮＡ）是转录本长度超过２００个核苷酸（ｎｔ）的，可在表观遗传、转录以及转录后等多层面上调控基因表达的一类ＲＮＡ。高通量转录组分析结合ＲＮＡ一免疫共沉淀等研究揭示了ｌＨｅＲＮＡ与ＤＮＡ、ｍＲＮＡ、ｍｉＲＮＡ和蛋白的相互作用及其过程中的重要调控功能。论文从ｌｎｃＲＮＡ的概念、分类、生物学功能及其在癌症等疾病发生、发展中的作用等方面系统介绍了该领域最新研究成果，为深入研究ｌｎｃＲＮＡ在机体代谢和相关疾病中的调控功能提供参考。［关键词］长链非编码ＲＮＡ；表观遗传；转录调控；转录后调控；生物学功能；疾病［中图分类号］￥８１１．６［文献标识码］Ａ［文章编号］１００５—５２２８（２０１４）０３—０００１—０５

近年来，高通量转录组测序分析发现哺乳动物基因组中存在一系列不编码蛋白质的正义、反义、内含子和基因间的转录本［１ｑ］，统称为非编码ＲＮＡ

（ｎｏｎ－ｃｏｄｉｎｇＲＮＡ，ｎｃＲＮＡ），其中转录本长度大于２００ｎｔ的称为长链非编码ＲＮＡ（１０ｎｇｎｏｎ—ｃｏｄｉｎｇＲＮＡ，ｌｎｃＲＮＡ）。ｌｎｃＲＮＡ最初被认为是ＲＮＡ聚合酶ＩＩ转录的副产物，不具有生物学功能。然而，近年来研究表明，ｌｎｅＲＮＡ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、核内运输等重要的生物学过程，且具有促进细胞凋亡、病毒入侵、多能干细胞去分化、细胞命运标记和遗传印记等多种功能［５。１…。据统计，哺乳动物蛋白编码ＲＮＡ仅占总ＲＮＡ的１％，而长链非编码ＲＮＡ占总ＲＮＡ的比例可达４％～９％［１１｜。ｌｎｃＲＮＡ还与多种疾病的发生、发展、诊断和治疗有密切关系，特别是在多种癌症的表观遗传调控方面起着重要作用。本文综述了ｌｎｃＲＮＡ与ＤＮＡ、ｍＲＮＡ、ｍｉＲＮＡ和蛋白的互作关系，旨在为进一步研究ｌｎｃＲＮＡ调控网络及其在相关代谢途径中的功能提供参考。

１ｌｎｃＲＮＡ概述

１．１ｌｎｃＲＮＡ的概念由于ｌｎｃＲＮＡ数目众多，功能各异所以对其还没有统一的定义。目前，普遍认为ｌｎｃＲＮＡ是大于２００ｎｔ的、没有编码蛋白功能的ＲＮＡ，但以ＲＮＡ形式在表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等多种层面上调节基因的表达水平。ｌｎｃＲＮＡ可由ＤＮＡ的正义链（ｓｅｎｓｅｓｔｒａｎｄｏｆＤＮＡ）或反义链（ａｎｔｉｓｅｎｓｅｓｔｒａｎｄｏｆＤＮＡ）转录产生，位于细胞核内或者胞浆中。大多数ｌｎｃＲＮＡ与ｍＲＮＡ具有相同的转录机制，即需要ＲＮＡ聚合酶ＩＩ的参与以及与转录起始和延伸相关的组蛋白的修饰。这些ｌｎ—ｃＲＮＡ具有５’端的甲基鸟苷帽子，相当一部分ｌｎ—ｃＲＮＡ的３’端具有多聚腺苷尾［１２１１．２ｌｎｃＲＮＡ的分类对ｌｎｃＲＮＡ进行科学的分类是有效地研究１ｎ—ｃＲＮＡ的前提，目前比较公认的是根据其来源于基因组的不同位置分为五类［１１｜：①正义的（ｓｅｎｓｅ），蛋白编码基因转录产物经过剪接产生的无编码功能的转录本；②反义的（ａｎｔｉｓｅｎｓｅ，ＡＳ），由与蛋白编码基因互补的ＤＮＡ链转录产生，且和该基因有一个或数个外显子的重叠；③双向的（ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ），基因组邻近区域互补的两条链上的基因同时表达的转录本；④内含子的（ｉｎｔｒｏｎｉｃ），即完全来源于基因的内含子；⑤基因间的（ｉｎｔｅｒｇｅｎｉｃ），位于两个基因间的区域。

［收稿日期］２０１３—１２—１１，修回日期：２０１４—０１—２３［基金项目］９７３计划子项目（２０１２ｃＢｌ２４７０５）；国家生猪产业技术体系（ＣＡＲＳ３６）［作者简介］王国强（１９９０一），男，甘肃庆阳人，本科，研究方向：动物学。Ｅ－ｍａｉｌ：３３１２６８５１４＠ｑｑ．ｃｏｒｎ＊［通讯作者］庞卫军（１９７２一），男，陕西镇巴人，博士，副教授，主要从事动物生物技术与猪遗传育种领域的科研教学工作。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｗｊｌ２２６＠ｎｗｓｕａｆ．ｅｄｕ．ｃｎ

万方数据２家畜生态学报第３５卷

２１ｎｃＲＮＡ的生物学功能

２．１ｌｎｃＲＮＡ与表观遗传２．１．１等位基因特异性遗传印记是等位基因特异性的一个后生调控机制。多数情况下，哺乳动物来自亲本的两个等位基因表达是对等的，然而其中一小部分带有印记的基因的表达被表观遗传机制限制在母本或父本等位基因。一些ｌｎｅＲＮＡ通过与染色质相互作用和招募染色质修饰结构来调节多种基因的转录沉默，如被定位于ＫＣＮＱｌｒ印迹基因簇的

ＫｃｎｑｌｏｔｌＡＳｌｎｃＲＮＡ与组蛋白甲基转移酶Ｇ９ａ和

ＰＲＣ２（Ｐｏｌｙｃｏｍｂｒｅｐｒｅｓｓｉｖｅｃｏｍｐｌｅｘ２，ＰＲＣ２）相互作用，有效地通过招募多梳复合物在顺式位置形成其转录位点的抑制结构域［１５｜。２．１．２甲基化与泛素化修饰ｌｎｃＲＮＡＴＵＧｌ可与抑制性复合物ＣｏＲ结合作用于甲基化酶Ｓｕｖ３９ｈｌ对多梳蛋白Ｐｃ２进行甲基化修饰，进而结合Ｅ２Ｆ１因子（能够抑制促进生长的一系列基因的表达，使细胞处于休眠状态），形成抑制性复合体，该复合体结合于ＤＮＡ链上可抑制一系列基因的表达；而ｌｎｃＲＮＡＮＥＡＴ２则与其作用相反，它能结合激活性复合物ＣｏＡ，作用于Ｐｃ２进而使Ｅ２Ｆ１因子泛素化，从而解除抑制作用，促进一系列促生长基因（ＭＣＭ３、ＣＤＣ２５Ａ、ＰＣＮＡ、ＭＳＨ２、ＲＢＬｌ等）的表达，如图１所示［１

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图１ｌｎｃＲＮＡＴＵＧｌ和ＮＥＡＴ２的表观遗传调控功能‘”３Ｆｉｇ．１ＥｐｉｇｅｎｅｔｉｃｒｅｇｕｌａｔｏｒｙｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｌｎｃＲＮＡＴＵＧｌａｎｄＮＥＡＴ２２．２ｌｎｃＲＮＡ的转录调控功能多聚体实现的。２．２．１直接顺式调控转录ｌｎｃＲＮＡ可以结合转录因子，直接顺式调节基因的转录，而不是通过与ＤＮＡ结合而发挥转录调控作用。如电离辐射诱导的细胞周期蛋白Ｄ１（ＣｙｃｌｉｎＤ１，ＣＣＮＤｌ）启动子上游转录出的ｌｎｃＲＮＡ与脂肪肉瘤易位蛋白（Ｔｒａｎｓ—ｌｏｃａｔｉｏｎｌｉｐｏｓａｒｃｏｍａｐｒｏｔｅｉｎ，ＴＬＳ）结合，从而产生变构效果，结合并抑制组蛋白乙酰转移酶，导致ＣＣ—ＮＤｌ转录下调［１

２．２．２与ＤＮＡ形成异源多聚体ｌｎｃＲＮＡ与不同功能的几类效应分子一一激活性复合体如三胸苷蛋白（Ｔｈｒｅｅｔｈｙｍｉｄｉｎｅｐｒｏｔｅｉｎ，ＴＸＧ）、抑制性复合物蛋白质如多梳蛋白基团（Ｐｏｌｙｃｏｍｂｇｒｏｕｐｐｒｏｔｅｉｎ，ＰＣＧ）等构成大分子复合体，然后与靶基因结合，形成蛋白质一ＲＮＡ—ＤＮＡ异源多聚体调节基因的转录。位于ＣＤＫＮｌＡ基因上游的ｌｉｎｃＲＮＡ－ｐ２１，在ＤＮＡ损伤的情况下被诱导转录，作为经典ｐ５３通路的转录抑制因子，通过结合和修饰核内非均一核糖核蛋白ｈｎＲＮＰ—Ｋ，从而作用并抑制ｐ５３基因，引发细胞凋亡［１８｜。再如上文提到的ＴＵＧｌ和ＮＥＡＴ２，它们激活或抑制基因的表达也是通过与ＤＮＡ形成异源２．２．３转录干扰一些基因的ｉｎＲＮＡ的内源性互补转录本一一天然反义转录本（Ｎａｔｕｒａｌａｎｔｉｓｅｎｓｅｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｓ，或ＡＳｌｎｃＲＮＡ）在转录时，与正义转录本（ｍＲＮＡ）的重叠区较大，两个ＲＮＡ聚合酶相互碰撞导致转录起始受阻，产生一条链转录而另一条链转录受抑制的转录干扰现象［１９｜，尤其见于“尾对尾”转录的反义转录本中口０｜。２．３ｌｎｃＲＮＡ的转录后调控１ｎｃＲＮＡ在转录后水平可通过和互补的ｍＲＮＡ形成双链ＲＮＡ，影响ｍＲＮＡ加工、剪接、转运、翻译和降解等过程，从而调节基因的表达。人急性粒细胞白血病细胞ＨＬ－６０细胞系中ＰＵ．１的ｍＲＮＡ的水平很高，而蛋白质水平不高，是由于ＰＵ．１的ＡＳＲＮＡ与其ｍＲＮＡ结合导致翻译受抑制［２１｜。ｌｎｃＲＮＡ还可以互补结合ｍＲＮＡ，掩蔽其３，－ＵＴＲ部位的靶ｍｉＲＮＡ结合位点，从而有助于该ｍＲＮＡ的稳定并促进其翻译，ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｎ－ａｌ的ＡＳＲＮＡ即通过掩蔽其ｍＲＮＡ的ｍｉＲ一１２７０的结合位点增强其ｍＲＮＡ的稳定性［２２．４去分化和多能性的诱导

与多能性相关的长链基因间的非编码ＲＮＡ

万方数据第３期王国强，等：长链非编码ＲＮＡ的生物学功能研究进展３

（１０ｎｇｉｎｔｅｒｇｅｎｅｔｉｃｎｏｎｃｏｄｉｎｇＲＮＡ，ｌｉｎｃＲＮＡ）最早发现于鼠胚胎干细胞。Ｌｏｅｗｅｒ等［ｚ３］研究发现与胚胎干细胞（ＥＳＣｓ）相比较，在诱导多能干细胞（ｉＰ—ＳＣｓ）中检测到１０个的表达上调ｌｉｎｃＲＮＡｓ，推测ｉＰ—ＳＣｓ的形成是通过这些ｌｉｎｃＲＮＡｓ与多能性因子相互作用实现的。如ｌｉｎｃＲＮＡ—ＲｏＲ（Ｒｅｃｅｐｔｏｒｓｕｐｅｒ—ｆａｍｉｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｒｅｔｉｎｏｉｃａｃｉｄｒｅｃｅｐｔｏｒｓ，ＲｏＲ）在体细胞去分化并诱导ｉＰＳＣｓ的过程高表达，能靶定结合关键的多能性因子Ｏｃｔ４、Ｓｏｘ２和Ｎａｎｏｇ的启动子邻近区域（ＰｒＰｒ区域），从而促进其表达而诱导细胞去分化和多能性的产生。因此，ＲｏＲ在体外可以促进多种细胞系去分化产生ｉＰＳＣｓ［２引。

３ｌＤｅＲＮＡ与疾病

３．１ｌｎｃＲＮＡ与癌症３．１．１肝癌Ｙａｎｇ等［２４３证实ｌｎｃＲＮＡ—ＨＥＩＨ

（Ｈｉｇｈｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｉｎｈｅｐａｔｏｃｅｌｌｕｌａｒｃａｒｃｉｎｏｍａ，ＨＥＩＨ）有助于肝癌的发生，它与ＥＺＨ２结合，下调ｐ２１等细胞周期调控因子的表达，促进细胞周期由ＧＯ进入Ｓ期，诱发肝细胞癌变。且ｌｎｃＲＮＡ—ＨＥＩＨ表达的下调显著的抑制了肝癌细胞的生长，因此，ｌｎｃＲＮＡ—ＨＥＩＨ将成为肝细胞癌治疗的潜在靶点。

ｌｎｃＲＮＡ—ＨＵＬＣ（Ｈｉｇｈｌｙｕｐ—ｒｅｇｕｌａｔｅｄｉｎｌｉｖｅｒｃａｎｃｅｒ，ＨＵＬＣ）是转录自６ｐ２４．３的大约５００ｎｔ的转录本。在肝癌细胞中，启动子结合蛋白ＣＲＥＢ（ｃＡＭＰ—ｒｅｓｐｏｎｓｅｅｌｅｍｅｎｔｂｉｎｄｉｎｇｐｒｏｔｅｉｎ，ＣＲＥＢ）可以通过与ｍｉＲ一３７２相互作用上调ｌｎｃＲＮＡ—ＨＵＬＣ的表达，而ＨＵＬＣ已经被鉴定在肝癌及肠癌转移的组织中特异性高表达口５｜。３．１．２乳腺癌ｌｎｃＲＮＡ—ＧＡＳ５（Ｇｒｏｗｔｈａｒｒｅｓｔ—ｓｐｅｃｉｆｉｃｔｒａｎｓｃｒｉｐｔ５，ＧＡＳ５）具有抑制肿瘤的作用，它起初是在小鼠胚胎成纤维细胞中发现的，通过选择性剪切可产生不同的结构，它的开放式阅读框很小且保守性很差。相对于正常乳腺细胞，ｌｎｃＲＮＡ—ＧＡＳ５在乳腺癌组织中表达量显著降低。ＧＡＳ５转录加工过程中产生的小核仁ＲＮＡ具有诱导细胞生长抑制和凋亡的功能［２３．１．３前列腺癌ｌｎｃＲＮＡ—ＰＣＧＥＭｌ（Ｐｒｏｓｔａｔｅｃａｎｃｅｒｇｅｎｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｍａｒｋｅｒ１，ＰＣＧＥＭｌ）的过量表达导致了癌细胞的增殖和克隆形成，其转录水平的上调与美洲黑人的恶性前列腺癌的发生有关联，ＰＣＧＥＭｌ调控着前列腺癌的发生进程，是潜在的前列腺癌标记。Ｓｃｈｉｌｌｉｎｇ［２７。２８３等通过ＰＳＡ（Ｐｒｏｓ—

ｔａｔｅ—ｓｐｅｃｉｆｉｃａｎｔｉｇｅｎ，亦称Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｄｉｓｐｌａｙｃｏｄｅ３，ＤＤ３）表达水平和活体组织检测的５个案例，认为ＤＤ３分析可帮助决定立即治疗或留待观察，并提出ＤＤ３分析将是诊断前列腺癌的新标记。ｌｎｃＲＮＡ－ＰＣＡＴｓ（Ｐｒｏｓｔａｔｅｃａｎｃｅｒ—ａｓｓｏｃｉａｔｅｄｎｃＲＮＡｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｓ，ＰＣＡＴｓ）靶定结合并抑制多梳抑制性复合物２（ＰｏｌｙｃｏｍｂＲｅｐｒｅｓｓｉｖｅＣｏｍｐｌｅｘ２，ＰＲＣ２）的转录抑制作用，显著地促进细胞增殖，因而被认定为恶性前列腺癌的标记［ｚ引。３．１．４肺癌ｌｎｃＲＮＡ—ＭＡＬＡＴ－１（Ｍｅｔａｓｔａｓｉｓ—ａｓｓｏｃｉａｔｅｄｌｕｎｇａｄｅｎｏｃａｒｃｉｎｏｍａｔｒａｎｓｃｒｉｐｔ１。ＭＡＬＡＴ一１）既是肺癌组织的生物标记也是治疗肺癌的靶点。ＭＡＬＡＴ一１可以正调控与癌症迁移相关的基因的表达。因此，抑制ＭＡＬＡＴ一１的表达可以阻止肺癌细胞的迁移和肿瘤组织的增大［３Ｔｒｉｐａｔｈｉ等［３嵋通过基因过表达载体和ｓｉＲＮＡ处理，发现ＭＡＬＡＴｌ可以通过调节ＳＲ蛋白（丝氨酸／精氨酸丰富蛋白家族）的磷酸化来影响许多ｍＲＮＡ前体的剪切。３．２ｌｎｃＲＮＡ与肥胖及相关疾病目前ｌｎｃＲＮＡ在人类肥胖及相关疾病中的作用还未见报道。转录因子ＰＵ．１是调控生命过程的关键因子，最近发现，ＰＵ．１（Ｓｐｌｅｅｎｆｏｃｕｓｆｏｒｍｉｎｇｖｉ—ｒｕｓ（ＳＦＦＶ）ｐｒｏｖｉｒａｌｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｎｃｏｇｅｎｅ，ｓｐｉ－１或ＰＵ．１）在脂肪代谢过程中发挥调控作用。ＰＵ．１在前体脂肪细胞中ｍＲＮＡ表达较高，而蛋白表达较低，在成熟脂肪细胞中则相反：过表达ＰＵ．１显著抑制脂肪细胞中脂肪的生成［３引。本研究团队推测ＰＵ．１ＡＳｌｎｃＲＮＡ在该过程中发挥着关键作用，通过与ｍＲＮＡ结合进行转录后调控［３３｜。而且有报道，ＰＵ．１与生脂关键基因Ｃ／ＥＢＰａ（ＣＣＡＡＴａｎ—ｈａｎｃｅｒｂｉｎｄｉｎｇｐｒｏｔｅｉｎａ，Ｃ／ＥＢＰａ）发挥协同作用［３４｜。因此，ＡＳｌｎｃＲＮＡ很可能在肥胖以及二型糖尿病等相关疾病的治疗中发挥关键作用。３．３ｌｎｃＲＮＡ与神经性退行性疾病最近研究发现，｜３分泌酶的一段保守的反义ｌｎ—ｃＲＮＡ（ｎｏｎｃｏｄｉｎｇＡＳｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｆｏｒＪ３一ｓｅｃｒｅｔａｓｅ一１，ＢＡＣＥｌ）能够加速阿尔茨海默病（ＡＤ）的发生‘３５］。分析其在人脑和ＡＤ小鼠模型中的表达和影响结果表明，在各种细胞应激的诱导下其表达上调。而以往研究表明其正义转录本的缺失会造成记忆缺失和外周神经鞘缺损等生理缺陷。因此，ｌｎｃＲＮＡ也能在精细范围内发挥调节作用。３．４ｌｎｃＲＮＡ与再生障碍疾病

最近的研究表明ｌｎｃＲＮＡ之间可以竞争结合共

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