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關(guān)于lncRNA，你必須知道的秘密（內(nèi)附彩蛋）
發(fā)布時(shí)間： 2021-09-02 點(diǎn)擊次數(shù)： 2566次lncRNA 一開始被認(rèn)為是由 RNA 聚合酶 II 轉(zhuǎn)錄形成的轉(zhuǎn)錄副產(chǎn)物，并沒有生物學(xué)功能，只是一種轉(zhuǎn)錄噪音（遺傳噪音）。然后，現(xiàn)在越來越多的研究發(fā)現(xiàn) lncRNA 有及其重要的生理功能，這些功能包括：遺傳印記（genetic imprinting）、基因組重排（genome rearrangement）、染色質(zhì)修飾（chromatin modification）、細(xì)胞周期調(diào)控、轉(zhuǎn)錄、剪切、mRNA 降解及蛋白的翻譯。
研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)以千計(jì)的 lncRNA 參與調(diào)控了哺乳動(dòng)物的基因調(diào)控。很多關(guān)于 lncRNA 調(diào)控基因的機(jī)制研究，也層出不窮。但是總的來說，lncRNA 對(duì)于基因表達(dá)的調(diào)控作用主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：
1）表觀遺傳層面；
2）轉(zhuǎn)錄調(diào)控層面；
3）轉(zhuǎn)錄后調(diào)控層面。
（一）與印記（imprinted region）相關(guān)的 lncRNAs
所謂的印記基因是指僅一方親本來源的同源基因表達(dá)，而來自另一親本的基因不表達(dá)的現(xiàn)象。在腫瘤細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，很多腫瘤細(xì)胞內(nèi)印記基因出現(xiàn)丟失的現(xiàn)象，導(dǎo)致了基因表達(dá)的紊亂。這可能是導(dǎo)致腫瘤發(fā)生的一個(gè)很重要的原因。很大一部分 lncRNA 定位于基因組的印記區(qū)域。在過去十年中，H19、Xist 和 Meg3 等 lncRNA 被報(bào)道位于基因組的印記基因座（imprinted genomic loci）。
H19 是一個(gè) 2.3 kb 的 lncRNA，而且該分子特異性地在女性體內(nèi)表達(dá)。H19 和胰島素樣生長因子 2（insulin-like growth factor 2，IGF2）都定位于染色體的 11p15.5，而且這兩個(gè)基因間的間隔僅 90 kb。H19 在脊椎動(dòng)物胚胎期表達(dá)很高，但是在出生后，表達(dá)迅速降低。H19 和 IGF2 基因之間有印記控制區(qū)（imprinting control region，ICR）。ICR 區(qū)域內(nèi)會(huì)發(fā)生甲基化，這是參與調(diào)控基因印記的最主要的途徑。當(dāng)來源于母本的 ICR 區(qū)域沒有發(fā)生甲基化時(shí)，ICR 區(qū)域可以和轉(zhuǎn)錄因子 CTCR（CCCTC-binding factor）結(jié)合，導(dǎo)致 H19 表達(dá)，而 IGF2 表達(dá)沉默。但是在父本來源的 ICR 區(qū)域，由于發(fā)生了甲基化現(xiàn)象，導(dǎo)致了相反的基因表達(dá)情況。
在母系來源的細(xì)胞中，由于存在兩條 X 染色體，在生長發(fā)育的調(diào)控過程中，其中一條 X 染色體會(huì)失活，這一現(xiàn)象被稱為 X 染色體失活（X-chromosome inactivation）。在這一過程中，長度為17kb 的 lncRNA 分子 XIST 發(fā)揮了重要的作用。XIST 表達(dá)后，其5‘端編碼了另一個(gè) lncRNA 分子，Repeat A（RepA）。RepA 可以直接和 PRC2 分子（polycomb repressive complex 2）相互結(jié)合，促進(jìn) XIST 進(jìn)一步地表達(dá)。大量表達(dá)的 XIST 分子附著在其中一條 X 染色體的表面，并誘導(dǎo)組蛋白的甲基化，最終導(dǎo)致 X 染色體的失活。
（二）lncRNA 對(duì)于染色質(zhì)修飾（Chromatin modification）的作用
lncRNA 可以調(diào)控轉(zhuǎn)錄，其機(jī)制是形成沉默復(fù)合物（silencing complex）并導(dǎo)致染色質(zhì)重排（chromatin remodeling）。lncRNA 介導(dǎo)基因調(diào)控的最主要的機(jī)制就是形成染色質(zhì)重排復(fù)合物（chromatin remodeling complex）。有研究表明，lncRNA（HOTAIR、Kcnq1ot1 和 Air）可以和染色質(zhì)重排復(fù)合物(例如，PCR1 和 PCR2)結(jié)合，介導(dǎo)下游的泛素化和組蛋白的甲基化。
在 Kcnq1 基因座，lncRNA Kcnq1ot1 可以與 PRC1 和 PRC2 結(jié)合形成復(fù)合物。在 Igf2r 基因座， Air 能與組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶 G9a 相互作用。在 HOXD 基因座，HOTAIR 可以招募 PRC2 形成復(fù)合物并導(dǎo)致下游靶基因的表達(dá)沉默。進(jìn)一步的研究表明，染色質(zhì)重排復(fù)合物與 lncRNA 的結(jié)合是介導(dǎo)下游靶基因沉默特異性的重要原因。
HOTAIR 是一條長度為 2.2 kb 的 lncRNA，位于染色體 12q13.13 的 HOXC 基因座。HOTAIR 能與 PRC2 和 LSD1/CoREST/REST 復(fù)合物相互結(jié)合。作為一個(gè)起到分子骨架（molecular scaffold）作用的 lncRNA，HOTAIR 的 5‘區(qū)域和 PRC2 結(jié)合，介導(dǎo)了組蛋白的甲基化；HOTAIR 的 3’區(qū)域又能和 LSD1 結(jié)合，介導(dǎo)組蛋白的去甲基化。HOTAIR 所起到的作用就是將染色質(zhì)重排復(fù)合物定位到 2 號(hào)染色體的 HOXD 基因座位點(diǎn)，其結(jié)果是在轉(zhuǎn)錄過程中沉默大約 40kb 的 HOXD 區(qū)域。HOTAIR 的過度表達(dá)，可以使 PRC2 在染色體上的定位發(fā)生變化，導(dǎo)致基因表達(dá)和染色質(zhì)狀態(tài)的改變，最終促進(jìn)了腫瘤的轉(zhuǎn)移。
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