长链非编码RNA与恶性肿瘤发生发展关系的研究进展

人类基因组数目庞大,其形成的基因调控网络控制着组织、器官细胞的增殖、分化和凋亡。但是,整个基因组中仅约2%的基因是编码RNA,可以翻译成蛋白质,98%左右的基因为非编码RNA。之前人们普遍认为非编码RNA不能翻译有效的蛋白质产生相应的功能,被视为基因组中的"废物"。目前,大量研究表明非编码RNA并不是基因组序列中没用的产物,而是未知的"黑暗物质",已有大量的研究发现非编码RNA在多种生物过程中起着重要的作用,并且在一些重大疾病如肿瘤、心血管的发生发展中发挥着不可小觑的作用。本文就长链非编码RNA在恶性肿瘤的发生发展中的作用机制做一综述。     

长链非编码RNA作为潜在药物靶点的研究进展

随着生命科学的不断发展,2012年DNA元件百科全书（ENCODE）项目进一步丰富了人类基因组功能元件的相关信息。该项目 发现人类基因组超过80%的序列会被转录,其中大部分转录本是非编码RNA（ncRNA）。目前,在这些非编码RNA中,小RNA的研究 相对深入,而长链非编码RNA（lncRNA）的研究相对较少。越来越多研究表明,很多lncRNA参与到人类重大疾病的发生、发展过程之 中,并且一些动物实验证实lncRNA可作为药物靶点。因此,从lncRNA角度筛选新的药物靶点也越来越受到研究者的关注。重点总结了 lncRNA的生物学功能及作为潜在药物靶点的研究进展。     

原核生物中小RNA的功能及研究进展

在原核生物基因组中,除了tRNA、rRNA和mRNA这3种我们很熟悉的RNA以外,目前已经知道还含有许多编码非常规调控的RNA。这些RNA的长度为50～400核苷酸,通常由原核生物的基因间区编码,但并不翻译成蛋白质,因此被称为非编码小RNA（sRNA）,简称小RNA或非编码RNA。近年来,随着生物信息学和分子生物学技术的不断发展,在原核生物体内陆续发现了上百种sRNA分子,这些sRNA分子具有多样的生物学功能,作为一类新发现的基因表达调控子已经引起了高度的重视。     

内含子microRNA——基因组中的暗物质

基因的内含子一直被认为是基因组中的"垃圾"序列。自上世纪末发现其编码了与RNA剪接相关的一些分子以来,人们对内含子的意义有了重新认识。随着micoRNA研究的深入,现已证实40%的microRNA由内含子所编码,这进一步提升了内含子在基因表达调控中的地位。内含子编码的microRNA长期未被人们所认识,但确实具有一定的生物学功能,可称得上是"基因组中的暗物质"。     

编者按: 非编码RNA——有待挖掘的生物宝库

进入21世纪以来,非编码RNA和非编码基因的研究越来越引起人们的关注。2010年12月7日的《科学》杂志(Science)在评选本世纪前10年的十大科学突破时,首先提到的就是基因组中的暗物质(the genome's "dark matter")。近10年非编码RNA领域发展如此迅速,首先源于20世纪90年代开展的基因组研究和随后的比较基因组研究。海量的基因组序列数据证实：DNA上编码蛋白质的区域(也就是通常说的基因)只占人类和其他高等动、植物基因组的极小部分,在人类不会超过整个基因组的3%,其余部分都不编码蛋白质或多肽。而且,随着生物从简单到复杂、从低级到高级,非编码序列在基因组中所占的比例也单调地增加,说明非编码序列是有功能的;近年来大量转录组的新实验结果表明,基因组中的非编码序列是可以表达的,其表达产物就是非编码RNA,转录组的研究说明基因组中的非编码序列是有信息发放的;此后,越来越多的事实证明非编码RNA具有重要的生物功能,microRNA(miRNA)的研究就是最突出的例子。上述的进展明确地告诉我们数量巨大的非编码RNA是有待挖掘的生物宝库。当今,非编码序列、非编码基因和非编码RNA的研究已成为生物学领域的研究热点,重新唤起了科学家们对“RNA世界”的重视及对“生命起源于RNA分子”这一命题的兴趣。目前,这一领域值得关注的问题很多,比如： 1 长非编码RNA系统发现和功能研究 尽管长度小于50个碱基的非编码RNA(如microRNA和piRNA等)的研究已取得突破性进展,但长度大于100个碱基的非编码RNA,还有数以万计功能尚未发现。长非编码RNA不仅数量巨大,更为重要的是它们能折叠为特定的空间结构,因此它们与其他生物分子相互作用的方式是不同于microRNA的。虽然到目前为止,才知道了几百个长非编码RNA的功能,但已涉及到：转录调控、转录后调控、翻译调控、表观遗传调控、基因印迹以及端粒系统等。近年来还发现了一些新类型的长非编码RNA,如ceRNA和环RNA等。所以,进一步开展非编码序列、非编码基因和非编码RNA的研究,系统发现新的长非编码RNA,研究它们的空间结构与功能,可能为我们带来更多的创新机会。 2 非编码RNA是生物网络的元件 近年来的大量新研究成果表明非编码RNA是许多生命过程中富有活力的参与者。一些科学家认为成千上万非编码RNA分子组成了巨大的分子网络调节着细胞中的生命活动,它们与蛋白质网络相对应,同时这两类网络必然有紧密的相互作用,从而构成更复杂的网络。所以未来的网络至少是双色的才更符合生命活动的实际。 3 非编码RNA调节的多样性 非编码RNA在发挥生物学功能时的作用方式是多种多样的,以miRNA为例：它的负调控作用不仅存在于靶mRNA的3'UTR区,也可发生在5'UTR区;miRNA不仅具有负调控作用,在特定条件下也可以激活基因的表达;最近的研究表明,miRNA不仅可通过调节mRNA的表达发挥生物作用,还可以通过调节蛋白来发挥生物功能。 miRNA的作用方式尚且如此复杂,其他非编码RNA行使功能的途径可能更为多样。 4 非编码RNA与疾病紧密相关 非编码RNA,特别是miRNA,与疾病相关的研究已数不胜数。长非编码RNA也和人类疾病紧密相关,仅以肿瘤为例：PCGEM1与前列腺癌有关;His-1是白血病致病因素,而且参与了癌变代谢通路和细胞周期调控; MALAT-1的转录本是一条8000多个碱基长度的非编码RNA,该基因与非小细胞肺癌有关。上述一些成果正逐渐走向临床。非编码RNA研究是一个紧密结合实际,又可迅速用于实际的领域,应特别关注从基础到应用的转化。 为了让广大读者了解非编码RNA领域的进展,本刊特意组织了这个专辑。邀请国内RNA研究领域的5位知名专家对该领域当前的进展与挑战作了综述。屈良鹄教授介绍了microRNA和细胞信号通路间的相互作用及其对两者功能发挥的关键作用,并探讨了其生物学意义;邵宁生教授的综述介绍了在不同细胞或同一细胞的不同状态下microRNA发挥生物学功能的时序特异性和组织特异性,说明microRNA在机体内工作的复杂性;张辰宇教授结合自己多年的研究实践叙述了人体体液中microRNA的起源与功能,对分泌RNA和循环RNA概念作了论述,并探讨了它们在临床医学领域的潜在诊断功能;施蕴渝教授从结构生物学出发综述了RNA分子伴侣Hfq是如何促进sRNA和mRNA相互配对的;鲁志教授介绍了长非编码RNA研究中的各种生物信息学的工具与方法。希望大家对这些文章感兴趣,也希望它们能给大家带来知识与帮助。     

转座子与转座子相关的非编码小RNA

转座子是一种在真核生物基因组中大量存在的可移动DNA序列.非编码小RNA具有广泛的生物学功能,能够在不同层面影响基因的表达.在许多真核生物基因组中,转座子是非编码小RNA的重要来源.最近的一些研究发现,转座子和其衍生非编码小RNA在基因调控中发挥着重要作用,但是国内相关的综述却较少.所以该文从转座子与其衍生的非编码小R...     

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.     

ATM-E2F1信号通路调控ANRIL(CDKN2B-AS)

<正>长非编码RNA是一种新的调节RNA,包括长200至1000000个碱基对的由DNA转录而来但无蛋白编码能力的RNA。最近,高通量转录组分析发现了人类基因组中大量的lncRNA。人类基因组中只有1.5%的蛋白编码蛋白,而大部分非编码调节原件都转录为非编码RNA。其中,lncRNA在发育、分化、代谢等生理过程中基因表达的各个水平都起调控作用。已有的报道发现,lncRNA可作为信号、脚手架以及基因转录和翻译中各种修饰过程的抑制剂或激活剂,并通过这些途径调控基因表达。近年来,lncRNA被视为基因转录调控中至关重要的一环。然而lncRNA在各种生理过程中的功能仍需进一步研究。     

长非编码RNA的作用机制及在肿瘤发生发展中的意义

功能基因组学的飞速发展将越来越多的目光引向了对非编码转录产物功能的研究。在人的转录组中,存在着一类长度大于200nt,但并不具备编码蛋白质功能的基因转录产物,即长非编码RNA(long noncoding RNA,lncRNA)。相比于小分子RNA,它们仍是目前基因组转录产物中较为陌生的部分。在整个基因组转录产物中,lncRNA所占的比例远远超过编码RNA所占的比例。不同于编码RNA,lncRNA的保守性要差得多,然而在其分子内部,却含有较为保守的局部区段,且其表达具有时空特异性,这些现象都提示了lncRNA具有重要的生理生化功能。越来越多的研究表明,lncRNA在基因表达调控方面发挥着十分重要的作用,与物种进化、胚胎发育、物质代谢以及肿瘤发生等都有着紧密的联系,其功能的深入研究将使目前对细胞的结构网络和调控网络的认识带来革命性的变化,具有不可估量的科学和临床价值。该文将着重讨论lncRNA在不同层面上对基因表达的调控机制以及在肿瘤发生发展中的意义。     

长非编码RNA与重大临床疾病

以往,人们对细胞和机体的生长发育及疾病发病机制的研究往往集中于蛋白质及其编码基因。近年来在通过对蛋白编码基因表观遗传水平、转录水平以及转录后水平的研究,越来越多的证据显示长非编码RNA(long noncoding RNA,LncRNA)在生长、发育以及疾病的发生发展中起重要的作用。人体基因组中约98%的基因转录组为非编码RNA,其中绝大部分为LncRNA,只有不足2%的编码基因最终经过转录翻译为蛋白质。最新的研究表明,人体中存在数万条LncRNA。目前,只有极少数LncRNA在细胞代谢及疾病发生中的作用被初步揭示,绝大部分的LncRNA的功能完全未知。进一步深入研究LncRNA的生物学功能,有可能为阐明许多重大疾病的发病过程及机制带来重大的突破,并提供独特的干预靶点。本综述简要讨论LncRNA与一些重大临床疾病关系的最新研究进展。     

miRNAs调控lincRNAs的生物信息学预测与功能分析

基因间长链非编码RNAs(Long intergenic non-coding RNAs, lincRNAs)是位于蛋白编码基因之间的长度超过200 nt的非编码RNAs, 在动物中参与细胞周期调控、免疫监视、胚胎干细胞分化等多种生物学过程, 但是lincRNAs在大多数植物中的功能尚不清楚。MicroRNAs(miRNAs)是真核生物中一类在转录水平和转录后水平介导基因沉默的21 nt左右的内源性单链小非编码RNAs分子, 通过序列互补的方式调控靶标基因的表达。目前miRNAs的靶标研究主要集中于编码蛋白的基因, 而对于靶标为非编码RNAs的研究较少, 尤其在植物中的研究更为少见。为了系统挖掘植物中lincRNAs的功能, 文章整合miRNAs数据、cDNAs数据和降解组数据, 利用生物信息学方法找到拟南芥(Arabidopsis thaliana)337个成熟miRNAs在2708个lincRNAs上的可能结合位点, 构建了miRNAs-mRNAs-lincRNAs调控网络, 并根据竞争性内源(ceRNA)假说预测lincRNAs的功能, 为进一步阐明植物中miRNAs对lincRNAs的调控机制以及lincRNAs的功能奠定了基础。     

Computational identification of human long intergenic non-coding RNAs using a GA–SVM algorithm

Long intergenic non-coding RNAs (lincRNAs) are a new type of non-coding RNAs and are closely related with the occurrence and development of diseases. In previous studies, most lincRNAs have been identified through next-generation sequencing. Because lincRNAs exhibit tissue-specific expression, the reproducibility of lincRNA discovery in different studies is very poor. In this study, not including lincRNA expression, we used the sequence, structural and protein-coding potential features as potential features to construct a classifier that can be used to distinguish lincRNAs from non-lincRNAs. The GA–SVM algorithm was performed to extract the optimized feature subset. Compared with several feature subsets, the five-fold cross validation results showed that this optimized feature subset exhibited the best performance for the identification of human lincRNAs. Moreover, the LincRNA Classifier based on Selected Features (linc-SF) was constructed by support vector machine (SVM) based on the optimized feature subset. The performance of this classifier was further evaluated by predicting lincRNAs from two independent lincRNA sets. Because the recognition rates for the two lincRNA sets were 100% and 99.8%, the linc-SF was found to be effective for the prediction of human lincRNAs.     

Systematic study of human long intergenic non-coding RNAs and their impact on cancer

The functional impact of several long intergenic non-coding RNAs (lincRNAs) has been characterized in previous studies. However, it is difficult to identify lincRNAs on a large-scale and to ascertain their functions or predict their structures in laboratory experiments because of the diversity, lack of knowledge and specificity of expression of lincRNAs. Furthermore, although there are a few well-characterized examples of lincRNAs associated with cancers, these are just the tip of the iceberg owing to the complexity of cancer. Here, by combining RNA-Seq data from several kinds of human cell lines with chromatin-state maps and human expressed sequence tags, we successfully identified more than 3000 human lincRNAs, most of which were new ones. Subsequently, we predicted the functions of 105 lincRNAs based on a coding-non-coding gene co-expression network. Finally, we propose a genetic mediator and key regulator model to unveil the subtle relationships between lincRNAs and lung cancer. Twelve lincRNAs may be principal players in lung tumorigenesis. The present study combines large-scale identification and functional prediction of human lincRNAs, and is a pioneering work in characterizing cancer-associated lincRNAs by bioinformatics.