基因印记与lncRNA

基因印记是一种表观遗传调控机制,在二倍体哺乳动物的发育过程中,基因印记可以调控来自亲代的等位基因差异表达。非编码RNA是不编码蛋白质的RNA,它在RNA水平调控基因表达。研究表明大多数印记基因中存在长非编码RNA（长度>200nt的非编码RNA）的转录,长非编码RNA主要通过顺式的转录干扰作用来实现基因印记。同时基因印记及其相关的长非编码RNA异常表达与许多先天疾病相关,迄今已发现数十种人类遗传疾病与基因印记有关,而lncRNA引起的基因印记在疾病的发生和治疗中起着重要作用。     

snoRNA的结构与功能

核仁小分子RNA（snoRNA）是一类广泛分布于真核生物细胞核仁的小分子非编码RNA,具有保守的结构元件,并以此划分为3大类：boxC／DsnoRNA、boxH／ACAsnoRNA和MRPRNA。其中boxC／D和boxH／ACA是已知snoRNA的主要类型,以碱基配对的方式分别指导着核糖体RNA的甲基化和假尿嘧啶化修饰。研究发现,snoRNA除了在核糖体RNA的生物合成中发挥作用之外,还能够指导snRNA、tRNA和mRNA的转录后修饰。此外,还有相当数量的snoRNA功能不明,被称为孤儿sn0RNA（orphansnoRNA）。在哺乳动物的孤儿snoRNA中,印迹snoRNA（imprintedsnoRNA）是最为特殊的一群,由基因组印迹区编码,具有明显的组织表达特异性。原核生物古细菌中类snoRNA的鉴定表明这些非编码RNA家族成员的古老起源;而哺乳动物中大量的snoRNA反转座子的存在更为人们探索snoRNA在基因组中扩增和功能进化提供了新的思路。     

两个保守的snoRNA基因SNORA50和SNORA71在灵长类和啮齿类的转录活性及组织表达谱

核仁小分子RNA（small nucleolar RNA,snoRNA）的主要功能是参与rRNA的修饰。最近研究表明,snoRNA可能具有广泛的生物学功能。大部分snoRNA比较保守,但也有一些snoRNA基因具有种属特异性。有意义的是,该研究发现,基因序列高度保守的snoRNA（SNORA50和SNORA71）呈现物种特异性的组织表达谱。SNORA50位于Cnot1基因内含子中,在脊椎动物中高度保守。表达谱分析发现,SNORA50在灵长类（人和恒河猴）和鸟类（鸡）的各种组织中广泛表达,但在正常发育的小鼠组织中检测不到。SNORA71位于一个非编码RNA基因snhg11的内含子中,在哺乳动物中比较保守。研究发现,SNORA71在灵长类各种组织广泛表达,而小鼠中主要在脑组织表达,与宿主基因snhg11表达谱一致。随小鼠脑发育过程的进展,SNORA71表达水平逐渐上调,提示其参与小鼠脑发育的调控。而在恒河猴从胚胎到成体的脑发育过程中,SNORA71表达没有显著的改变。这些结果表明,SNORA71对灵长类和啮齿类的神经发育可能存在不同的调控模式。基因序列保守的SNORA50和SNORA71呈现物种特异的表达模式,说明snoRNA在个体发育和系统进化中都发挥着重要的调控功能。     

基因组印记与疾病研究进展

基因组印记是一种特别的非孟德尔遗传现象,即来自双亲的等位基因在子代中的差异性表达,是遗传后的基因调控方式,主要与基因组甲基化模式有关,包括去甲基化、重新甲基化及甲基化维持三个过程。印记基因主要通过对启动子、边界元件及非编码RNA的作用来调控基因表达。基因组印记异常与一些先天性疾病相关,也与肿瘤发生和易感性有关,     

哺乳动物印记域DLK1-DI03的研究进展

DLK1-D103印记域定位于人14号染色体、小鼠12号染色体及绵羊18号染色体远端,在真哺乳亚纲动物中印记保守.该印记域包含3个编码蛋白的父系表达基因DIk1、Rt11和Di03以及若干大小不同的母系表达印记非编码RNA,如miRNAs、snoRNAs和大型非编码RNA Gtl2等.人和小鼠该印记域内印记基因剂量的改变将导致严重的表型异常甚至胚胎致死,暗示正常的发育需要域内印记基因的正常表达.文章重点论述了哺乳动物DLK1-DI03印记域的印记调控机制和域内印记基因及其功能的研究进展.     

基因组内三个信息层相互作用决定美臀表型产生

绵羊callipyge（美臀）是一种可遗传的肌肉肥厚体征,该表型以独特的方式“极化超显性”遗传给子代.绵羊18号染色体的DLK1-GTL2印记化结构域内存在1个远距离调控元件（long-range control element,LRCE）,该元件发生单个碱基突变（A→G）.A→G突变顺式作用于印记化结构域内的相关基因,印记化基因的产物包括蛋白质及非编码RNA分子,它们相互作用导致美臀表型产生.美臀表型产生及其独特的遗传方式是绵羊基因组内的蛋白质编码基因、非编码RNA基因以及表观遗传效应等3个信息层相互作用的结果,说明以前被忽略的隐藏信息发挥了极其重要的调控功能.这些现象对经典的中心法则形成了挑战,但是为基因组研究拓展了新的领域.     

哺乳动物印记域DLK1-DIO3的研究进展

DLK1-DIO3印记域定位于人14号染色体、小鼠12号染色体及绵羊18号染色体远端, 在真哺乳亚纲动物中印记保守。该印记域包含3个编码蛋白的父系表达基因Dlk1、Rtl1和Dio3以及若干大小不同的母系表达印记非编码RNA, 如miRNAs、snoRNAs 和大型非编码RNA Gtl2等。人和小鼠该印记域内印记基因剂量的改变将导致严重的表型异常甚至胚胎致死, 暗示正常的发育需要域内印记基因的正常表达。文章重点论述了哺乳动物DLK1-DIO3印记域的印记调控机制和域内印记基因及其功能的研究进展。     

非编码长链RNA与基因表达调控

近年来,在小鼠全长cDNA文库大规模测序中发现一类新的转录物——非编码长链RNA(long noncoding RNA,lncRNA),引起了科学界的关注.lncRNA长度大于200个核苷酸,无蛋白质编码功能,在真核细胞基因组中被普遍转录.lncRNA种类繁多,数量庞大,占哺乳动物基因组转录物的绝大部分.相对于研究较多的非编码小RNA,lncRNA的功能目前尚不完全清楚.但越来越多的研究发现,lncRNA在多个水平调控基因的表达,在胚胎发育、物种进化、细胞分化和某些疾病如神经退行性疾病及肿瘤的发生过程中起着重要作用.本文在简要介绍lncRNA基本概念的基础上,结合当前研究成果,就lncRNA在转录水平、转录后水平和表观遗传水平调控基因表达的机制作一综述.     

DNA甲基化与基因表达调控研究进展

表观遗传修饰是指不改变DNA序列的、可遗传的对碱基和组蛋白的化学修饰,主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑以及非编码RNA等.表观遗传修饰是更高层次的基因表达调控手段.DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰,参与基因表达调控、基因印记、转座子沉默、X染色体失活以及癌症发生等重要生物学过程.近年来随着研究方法和技术的进步,全基因组DNA甲基化的研究广泛兴起,多个物种全基因组甲基化图谱被破译,全局水平对DNA甲基化的研究不仅利于在宏观层面上了解DNA甲基化的特性与规律,同时也为深入分析DNA甲基化的生物学功能与调控奠定了基础.结合最新研究进展综述DNA甲基化在基因组中的分布模式、规律以及和基因转录的关系等.     

基因组印记中的长非编码RNA

长非编码RNA(lnc RNA)是长度大于200 bp的一类非编码蛋白的RNA,因其在基因组中含量巨大以及重要的生物学功能引起了学术界的广泛关注.基因组印记是一种表观遗传现象,lnc RNAs通过建立靶基因的印记而发挥重要的生物功能.基因组印记可以用来研究lnc RNAs在转录和转录后水平调控基因表达的分子机制.本文选取6个印记机制研究比较透彻的印记区域,包括Kcnq1/Cdkn1c、Igf2r/Airn、Prader-Willi(PWS)/Angelman(AS)、Snurf/Snrpn、Dlk1-Dio3和H19/Igf2.通过介绍包括基因间lnc RNAs(H19、Ipw和Meg3)、反义lnc RNAs(Kcnq1ot1、Airn、Ube3a-ATS)和增强子lnc RNAs(IG-DMR e RNAs)在内的3种类型lnc RNAs在印记调控中的作用,从而了解lnc RNAs通过顺式或(/和)反式作用多种机制调控亲本特异性靶基因的表达.了解印记基因簇中lnc RNAs的作用方式将有助于我们揭示lnc RNAs在整个基因组中的作用机制.     

核仁小RNA与肺癌

核仁小RNA（small nucleolar RNA, snoRNA）是一类定位于核仁内的短链非编码RNA,在多种RNA的加工修饰过程中发挥重要作用。随着人们对基因组认识的深入,snoRNA等非编码RNA的结构及功能已成为研究的热点。近年来有研究表明,snoRNA与肺癌的发生发展有密切关系。本文结合国内外snoRNA与肺癌相关的最新研究结果,在总结snoRNA的基本结构和功能的基础上,对snoRNA在肺癌发生发展中的特点以及在肺癌的诊断和治疗中潜在应用价值进行综述,以期为后续相关的研究提供参考。     

小非编码RNA在精子发生及男性不育中的功能机制

小非编码RNA是一类特殊的基因调控因子,可在转录、转录后和表观遗传水平上调控真核生物细胞的基因表达.大量研究发现,包括piRNA, miRNA和tsRNA等小非编码RNA在哺乳动物雄性生殖细胞中高丰度表达,为精子发生和雄性生殖必需,其表达异常及相关调控通路基因突变与男性不育密切相关.本文总结近期关于小非编码RNA与精子发生相关的研究进展,将主要概述小非编码RNA在哺乳动物精子发生中的生物学功能和作用机制相关最新研究进展,并探讨其异常调控与男性不育的相关性及其在男性不育临床诊治中的潜在应用.     

核仁小RNA 在肿瘤发生中的作用

核仁小RNA（small nucleolar RNA,snoRNA）是一类真核细胞核仁中的60～300个核苷酸长度的非编码RNA,主要参与rRNA和其它小RNA转录后的成熟加工过程. 它们与肿瘤的关系曾一度被人们所忽视,然而,近年来有关snoRNA新功能的研究证明,它们与肿瘤的发生、发展密切相关. snoRNA以多种方式参与肿瘤的发生：一些snoRNA（如：U50、SNORD12、SNORD12b、SNORD12c、SNORD44和h5sn2等）具有抑癌活性,而另一些snoRNA（如：SNORD33、SNORD66、SNORD76、SNORD112、SNORD113、SNORD114、SNORA42、U70C和ACA59B等）具有促癌活性. 另外,编码snoRNA基因的异常也被发现与肿瘤的发生有关. 因此,开展snoRNA与肿瘤关系的研究将有可能为肿瘤诊治提供新线索.     

miR-124基因家族的分子进化与靶基因预测

MicroRNA (miRNA)是一类内源基因编码的长度约22个核苷酸的非编码单链RNA分子.依据其在进化中高度保守的特点,利用生物信息学方法在目前已测序的物种中搜寻在哺乳动物中枢神经系统特异表达的miR-124基因的同源序列.在80个不同的动物物种中找到了150条miR-124基因的同源序列,其中27条为新发现的序列.目前发现的miR-124基因中,除线虫cel-mir-124和小鼠mmu-mir-124-2位于内含子之外,其他均位于基因间隔区.不同物种中,miR-124基因成熟序列的相似性为89.54％,前体序列为41.98％.miR-124基因在大多数无脊椎动物中为单拷贝,而在脊椎动物中大多为多拷贝,表明从无脊推动物到脊椎动物进化过程中miR-124基因发生了重复.靶基因预测结果显示,在人、小鼠和大鼠等哺乳动物中mir-124大多靶位点也是保守的.     

哺乳动物基因组印记的擦除、建立和维持机理

基因组印记主要依靠印记基因DNA甲基化方式调控,这种表观遗传修饰让多种哺乳动物出现基因单等位表达现象。印记的擦除发生在原始生殖细胞(primordial germ cells,PGCs)时期,其主要途径为活化诱导的胞苷脱氨酶(activation-induced cytidine deaminase,AID)、TET(ten-eleven translocation)蛋白介导的去甲基化。印记的建立发生在配子发生期,雌雄有明显的不同。印记的维持在多种因子的共同作用下完成,主要参与的蛋白有Dnmt1、Dppa3、KAP1和ZFP57等。印记的维持贯穿整个发育阶段,并通过细胞分裂遗传给子代。机体正常生长发育有赖于印记基因的正常表达。随着第一个印记基因IGF2R的发现,对于印记机制的研究不断推进。该文将概述基因组印记的建立、维持、擦除机理以及克隆动物中存在的印记基因异常重编程。     

哺乳动物长链非编码RNA的进化注释

哺乳动物的基因组中能转录出成千上万的长链非编码RNA(lnc RNA),这些新发现的RNA分子已经被证实参与了各种各样复杂的生物过程.目前大多数哺乳动物的lnc RNA的参考注释并不完全,这限制了对lnc RNA的进化以及接下来的功能研究.本研究组利用9个物种6种组织的转录组测序数据,成功地构建出一个完备的哺乳动物lnc RNA的参考注释集合(约4142~42558条lnc RNA).基于这些lnc RNA,做了一系列的进化研究,发现30%~99%的lnc RNA在基因组上是保守的,这些保守的lnc RNA中仅有20%~27%也能在转录层面保守,这与编码基因的保守性形成鲜明对比:保守的编码基因约有48%~80%能在转录层面保守.随后,基于lnc RNA的表达量数据成功地构建出其在9个物种中的系统发生树,通过对系统发生树的对比分析发现,lnc RNA的进化速率明显比编码基因快,且在不同的组织间有很大差别.将此项研究中得到的lnc RNA的集合以及其保守和进化的数据收集到Phylo NONCODE数据库中(http://www.bioinfo.org/phylo Noncode),这将成为研究非编码RNA进化及功能的非常有用的资源.     

长链非编码RNA与表观遗传调控

近年来,表观遗传学(epigenetics)备受关注.表观遗传调控的方式主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等.ENCODE计划及随后的研究发现,人类基因组中仅有很小一部分DNA序列负责编码蛋白质,而其余大部分被转录为非编码RNA(non-codingRNA,ncRNA).其中长链非编码RNA(long non-codingRNA,lncRNA)是一类长度大于200nt并且缺乏蛋白质编码能力的RNA分子.越来越多的研究表明,lncRNAs能够通过表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等多个层面调节基因的表达,从而参与细胞增殖、分化和凋亡等多种生物学过程.本文将着重综述lncRNAs在表观遗传调控中的作用及其最新的研究进展.     

核仁小RNA与肺癌北大核心CSCD

核仁小RNA(small nucleolar RNA,snoRNA)是一类定位于核仁内的短链非编码RNA,在多种RNA的加工修饰过程中发挥重要作用。随着人们对基因组认识的深入,snoRNA等非编码RNA的结构及功能已成为研究的热点。近年来有研究表明,snoRNA与肺癌的发生发展有密切关系。本文结合国内外snoRNA与肺癌相关的最新研究结果,在总结snoRNA的基本结构和功能的基础上,对snoRNA在肺癌发生发展中的特点以及在肺癌的诊断和治疗中潜在应用价值进行综述,以期为后续相关的研究提供参考。     

microRNA与心脏疾病

microRNA是植物和动物基因组编码的小分子非编码RNA.这种高度保守、长21～25个碱基RNA分子通过与mRNA的3'非编码区结合来调控基因组表达.microRNA通过其转录后调控机制在胚胎发育、细胞增殖,细胞分化、细胞死亡及细胞凋亡中发挥调控作用.近期研究发现,microRNA的异常表达可导致心脏疾病的发生、发展.现对microRNA在心脏发育、心肌肥厚和心肌重构、心力衰竭和心律失常等过程中的作用进行综述.     

DLK1-DIO3印记区域的miRNAs与疾病的发生

哺乳动物的基因组以发育调控模式进行转录,生成长的和短的非编码RNAs(non-coding RNA,ncRNAs).ncRNAs占到人类转录组的98%,与生物体进化复杂程度显著相关.MicroRNAs(miRNAs)是目前研究比较透彻的,长度大约为20~24个核苷酸的ncRNAs,其通过与靶基因mRNA的结合在转录后水平负调控基因的表达.人类基因组中一个最大的miRNA簇位于14号染色体(14q32)的DLK1-DIO3印记区域,包括了54个miRNAs.这些miRNAs通过参与调节重要的信号通路在许多病理过程中发挥作用.充分了解DLK1-DIO3印记区域中这个大的miRNA簇,在病理生理过程中的重要性将有助于为相关疾病的治疗提供新的策略.本文比较深入地分析了DLK1-DIO3印记区域中的miRNAs在调控组织动态平衡以及多种癌症发生中的作用,同时对其潜在的临床应用价值进行了讨论.