文档介绍：长片段非编码RNA在肿瘤领域的研究进展
人类基因组研究显示仅有约20000个蛋白编码基因,占总的基因组序列不到2%[1,2]。然而90% 的基因组序列都处在活跃转录中[3,4]。研究者发现人类转录组不仅仅是蛋白编码基因及其剪接变异体的简单组合,还存在广泛的转录反义RNA、重叠RNA和非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)的基因[5-10]。这些最初被认为是基因组中的“暗物质”,近期研究显示在细胞发育和代谢中发挥重要的作用[11-17]。新近发现的长链非编码RNA( long non-coding RNA,lncRNA)基因就是其中备受关注的一种,lncRNA的表达具有时空特异性,其异常调控广泛见于包括癌症在内的多种疾病。
ncRNA可以根据其长短简单分为短链非编码RNA(small ncRNA)(18-200nt)和lncRNA(200nt-100kb以上)。Small ncRNA包括我们熟知的miRNA,以及新近发现的转录起始RNA(transcription initiation RNAs,tiRNAs)等。lncRNA像mRNA一样由RNA聚合酶Ⅱ生成,并且在平均长度及多聚A尾和多聚A尾信号所占的百分比等方面都与mRNA分子有很大的相似之处,但是它们缺乏长的进化保守的开放阅读框,没有编码蛋白质的功能[47,48]。通常而言,lncRNA基因的表达水平要低于蛋白编码基因[52-55], 而某些lncRNAs特定地表达在某些组织中[21]。然而,近期研究显示新发现的lncRNAs可能是前面提到的转录组“暗物质”中的重要组成部分[56,57]。与miRNA和蛋白编码基因,某些转录活跃的lncRNA存在5’末端三甲基化的组蛋白H3K4 和基因主体部分的三甲基化的组蛋白H3K36[8,58,59]。目前发现的少量人类lncRNAs 参与了一系列的生物过程,包括表观遗传学调控,选择性剪切,入核转运,作为结构元件,作为小RNA前体,甚至作为mRNA衰变的调控子等[4,60-70]。更重要的是越来越多的研究表明lncRNA的异常调控广泛参与了多种人类疾病,包括肿瘤的发生和发展。
lncRNA与肿瘤的发生、发展
研究者在lncRNA发现初期即提出肿瘤组织与正常组织中lncRNAs的表达存在差异的猜想,但一直缺乏有力的证据[86]。随着肿瘤转录组以及lncRNAs功能学的进展,目前已发现一系列在肿瘤中差异表达的lncRNAs。lncRNA参与调控多种生物功能,这些功能如基因组印迹和转录调控的异常在肿瘤发生中发挥重要的作用。在此,我们重点介绍研究较清楚的与肿瘤生物相关的一些lncRNAs。
印迹lncRNA基因
印迹是指来自父母一方的基因备份被转录后沉默[87,88]。癌症的一个重要特点是由于印迹的丢失导致了基因表达的改变[90,91]。而其中最为人所知的基因实际上均为lncRNAs。
。H19在脊椎动物胚胎发育期高表达,而出生后在除了骨骼和软骨组织外的大部分组织中表达明显下降[20,93,94]。在人类肿瘤中,印迹的丢失和随后的基因高表达现象十分常见。例如,H19位点印迹的丢失导致H19表达的上调广泛见于食管癌、结肠癌、肝癌、膀胱癌及肝脏转移瘤中[95-97]。H19在不同癌症中显示致癌或抑癌作用。H19在肝癌,膀胱癌和乳腺癌中均高表达,提示其致癌作用[97-99]。在结肠癌中,原癌基因转录因子c-Myc直接激活H19,提示H19直接参与c-Myc对下游基因表达的调控[98]。相反,抑癌基因和转录激活因子p53能下调H19的表达[100,101]。有趣的是,也有研究显示H19同样具有肿瘤抑制作用[104,105]。
Xist(X chromosome inactive specific transcript)RNA,长约16500nt,能并同X染色体一起移动,改变染色体的结构和活性,抑制相应的基因转录,从而使x染色体失活[106]。XIST的表达水平与某些肿瘤的预后密切相关,如卵巢癌的治疗反应[118], 但XIST在人类肿瘤的发生中的作用还未明确。
肿瘤转移
kb的基因,其编码的lncRNA是最早发现与肿瘤转移相关的lncRNA之一[18]。HOTAIR RNA在原发和转移乳腺癌中均高表达(高出正常组织2000倍以上)[68]。高表达的HOTAIR与肿瘤侵袭、转移和患者预后不良密切相关[68]。如将表达HOTAIR的细胞种植到小鼠乳腺脂肪垫中,会一定程度加快原发肿瘤的生长[68].有趣的是,从HOX位点中能转录出多个lncRNAs, 提示HOTAIR可能