竞争性内源RNA在转录后水平调控基因表达

竞争性内源RNA(competing endogenous RNA,ce RNA)假说提出了一种RNA在转录后水平调控基因表达的机制,即信使RNA(message RNA,m RNA)、长链非编码RNA(long non-coding RNA,lnc RNA)、假基因(pseudogene)转录物及环状RNA(circular RNA,circ RNA)通过竞争结合相同的微小RNA(micro RNA,mi RNA)来影响靶基因RNA的稳定性或翻译活性,实现转录后水平的基因表达调节。这一全新的基因表达调控机制目前已在肌肉的分化、胚胎干细胞的分化、中脑的发育及癌症的转移等多个研究领域被发现,并且被证实参与多个生物学过程的调控。ce RNA这种以mi RNA为媒介实现RNA与RNA相互调控的机制,使得编码基因和非编码基因在全转录组范围内形成了一个庞大而精细的调控网络,增加了基因调控网络的复杂性。文章就ce RNA的分子类型、ce RNA机制所涉及的生物学功能、影响ce RNA机制的重要因素及ce RNA调控网络预测这几个方面进行综述。     

长链非编码RAN的研究进展

人类基因组计划完成证实,人类共有3-3.5万个编码基因,这些基因所涵盖的编码信息仅占人类30亿个碱基对中携带遗传信息的1.5%,其余超过98%的遗传信息并不直接编码蛋白质。近些年来由于测序技术的飞速发展,人们发现这部分遗传信息与调控、剪切、转录等生物过程密切相关,其中长链非编码RNA具有表观遗传学调控、转录调控、疾病调控、细胞分化和个体发育等重要的生命过程的调控等过程,因此如何寻找RAN的功能单元和预测新的长链非编码RNA成为很重要的问题。就非编码RNA的起源与进化进行阐述,综述了长链非编码RNA在癌症上的功能,综合了长链非编码RNA一些常见的数据库及使用最新的生物信息学手段和相关技术预测长链非编码RNA,并进行进一步的功能研究。     

长非编码RNA

人类基因组序列的约5%～10%被稳定转录,蛋白质编码基因仅约占1%,其余4%～9%的序列虽能转录,但转录物功能尚不明确。尽管如此,已确证在非蛋白质编码转录物中,含有具备调节功能的非编码RNA(noncoding RNA,ncRNA)。与具有调节功能的短链非编码RNA[如微RNA(microRNA)、小干扰RNA(siRNA),、Piwi-RNA]相比,长非编码RNA(long noncoding RNA,lncRNA)在数量上占大多数。lncRNA通过多种方式产生,以多种途径调节靶基因表达,参与调控生物体生长、发育、衰老、死亡等过程;lncRNA功能异常往往导致疾病发生。本文综述了lncRNA的起源、分类、作用分子机制及lncRNA异常与疾病的相关性等内容,旨在充分了解这一重要新型调控分子。     

RNA调控与作物农艺性状改良

具有重要育种价值的基因资源挖掘与功能研究对于现代农业育种应用至关重要.已有大量研究显示,核糖核酸(ribonucleic acid, RNA)在多种植物的生长发育和环境信号应答中发挥重要作用,是调控多种农作物与经济作物复杂农艺性状的重要基因资源.本文综述了小RNA和长链非编码RNA的生成代谢和功能机制,着重介绍了小RNA、长链非编码RNA及其RNA修饰在调控作物产量与品质、抗病与抗逆等方面的研究进展.同时介绍了利用RNA技术改良遗传性状的研究,并展望了RNA技术的开发与利用对于未来农业生物技术应用的重要意义.     

非编码RNA与基因表达调控

近年来,随着对基因组的深入研究,发现真核生物中存在许多形态和功能各异的非编码RNA分子,这类RNA分子并不表达蛋白质,但它们在基因转录水平、转录后水平及翻译水平起了重要的调控作用。具有调控作用的RNA分子种类非常丰富,如长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)、miRNA、PIWI相互作用RNA(PIWI-interacting RNA,piRNA)、内源性小干扰RNA(endogenous small interfering RNA,endo-siRNA)、竞争性内源RNA(competitive endogenous RNA,ceRNA)等,它们使基因表达过程更为丰富、严谨和有序。本文综述几类典型的非编码RNA对基因表达的调节作用,以助于理解细胞中RNA分子调节网络的功能和机制。     

长非编码RNA在基因调控和肿瘤形成中的作用

哺乳动物中,只有小部分基因转录成为编码蛋白质的RNA,大量的基因则转录为不能编码蛋白质的RNA,即ncRNA。长非 编码RNA(lncRNAs)是分子长度在200-100000 nt 之间的一类ncRNA。lncRNAs 的数量超过蛋白质编码基因的数量。目前,对长非 编码RNA(lncRNAs)的生物学特性,转录调控以及其在肿瘤发生发展中的作用机制的研究任然是RNA研究的热点。lncRNAs 通 过控制染色质重塑,转录调控和录转录后调控而在基因的转录调节中发挥了重要作用。lncRNAs 与多种肿瘤相关,并且在抑制因 素和促进因素中都具有重要的作用。众多文献报道的结果表明lncRNAs 参与调控基因表达,在正常细胞与肿瘤细胞的转换中起 到至关重要的作用。     

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。     

非编码RNA作为ceRNA在人癌症中的功能及机制

非编码RNA(non-coding RNA, ncRNA),即无编码蛋白质潜力的RNA,包括短非编码RNA,例如微RNA(microRNA, miRNA),长非编码RNA(long coding RNA, lncRNA)和环状RNA(circular RNA, circRNA)等,已被证明可以在RNA水平上调节细胞中多种生理及病理过程。miRNA是约18～22个核苷酸大小的内源性非编码RNA分子,可以通过MRE与靶基因的3′非翻译区(untranslated region,UTR)中的互补序列结合,抑制蛋白质编码基因的表达,并导致mRNA转录物的更新、转换或降解。2011年,Salmena等提出,非编码RNA与具有编码蛋白质能力的RNA(mRNA)之间存在一种被称为竞争性内源RNA(competing endogenous RNA, ceRNA)的相互作用机制假说,即含有miRNA反应元件(MRE)的ncRNA通过与miRNA结合,解除miRNA对靶基因的抑制作用。这一假说对基因表达调控的传统认知进行了补充,在RNA水平上将多种ncRNA的作用补充到经典的miRNA调控mRNA翻译的过程,将其延伸为ceRNA-miRNA-mRNA的网络调控模式。近年来研究发现,ceRNA机制广泛存在于胃癌、结肠癌和膀胱癌等各类癌症中,并且在肿瘤的基因调控及肿瘤细胞的增殖、侵袭、转移、凋亡、细胞周期等生物过程中发挥作用。本文将介绍ceRNA及其网络的机制与分子基础,并且结合两类非编码RNA——lncRNA及circRNA作为ceRNA分别在人类不同癌症类型中的近期研究进展作一综述,讨论该机制在肿瘤中的角色及作用,以期拓宽对肿瘤发生发展机制的视野,为癌症治疗提供新思路。     

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。     

lncRNA与miRNA相互调控作用及其与肿瘤的关系研究

长链非编码RNA (long non-coding RNA,lncRNA)是一类转录本长度大于200 bp的非编码RNA,可作为人类基因组中一类重要的调控分子通过多种方式发挥其生物学功能.近年来的研究表明,lncRNA也可以作为一种竞争性内源性RNA (competing endogenous RNA, ceRNA) 与miRNA相互作用,参与靶基因的表达调控,并在肿瘤的发生发展中发挥重要的作用.本综述在简要介绍lncRNA功能研究现状和主要研究方法的基础上,进一步分析了lncRNA与miRNA之间的互相调控关系及其在肿瘤发生发展中的作用,以便为后续的研究提供新的思路.     

长链非编码RNA顺式调节作用机制的研究进展

长链非编码RNA (long non-coding RNA, lncRNA)种类众多,生物学功能复杂,与不同的分子相互作用,实现其特有的基因调控功能。可参与细胞核染色质结构的调控、m RNA的转录及转录后的加工运输、蛋白质的翻译等过程。此外,lncRNAs在邻近基因或靶基因的顺式调节机制中也发挥了重要作用,本综述主要对近年来lncRNAs通过顺式调节作用影响基因表达的机制进行综述。     

长链非编码RNA的作用机制及其研究方法

长链非编码RNA(Long non-coding RNA, lncRNA)通过多种机制发挥其生物学功能, 这些机制包括基因印记、染色质重塑、细胞周期调控、剪接调控、mRNA降解和翻译调控等。lncRNA通过这些作用机制在不同水平进行基因表达调控。在研究lncRNA功能的过程中, 研究方法的建立和应用起着非常重要的作用。目前用于lncRNA研究的主要方法有：微阵列、转录组测序、Northern印迹、实时荧光定量逆转录-聚合酶链反应、荧光原位杂交、RNA干扰和RNA结合蛋白免疫沉淀等。文章着重介绍了3种前沿方法, 即：在线快速预测RNA与蛋白质相互作用的catRAPID、RNA纯化的染色质分离(Chromatin isolation by RNA purification, ChIRP)以及非编码RNA沉默与定位分析技术(Combined knockdown and localization analysis of non-coding RNAs, c-KLAN)。     

利用转录组数据鉴定和分析小鼠非编码RNA

基因转录表达是一个复杂、精确并具有时空特异性的过程.目前对转录组的研究主要集中在蛋白编码基因上.近几年,一个新的转录组研究工具—大规模并行c DNA测序技术(RNA-seq)为更深入地研究转录组带来了希望.利用RNA-seq数据,鉴定出大量的非编码RNA,特别是lincRNA,并且发现这些非编码RNA是多个生物学过程中重要的调控因子.利用深度测序获得的15个小鼠组织RNA-seq数据探索非编码RNA在小鼠不同组织中的多样性和动态变化.依据自定的标准,在这15个组织中共鉴定出16249个非编码基因(对应21569个非编码RNA).研究这些非编码RNA的多种特征,可以发现与蛋白编码基因相比,非编码RNA通常比较短,外显子个数少,表达量低,组织特异性强.而且,这些非编码RNA有明显的转录起始和转录延伸信号(H3K4me3,H3K27me3,H3K36me3修饰,RNAPⅡ结合位点以及CAGE)的富集.基因集富集分析结果表明,lincRNA与多个生物学过程相关,如免疫反应、肌肉发育和有性生殖等.本研究提供了更加全面的对小鼠非编码RNA的注释信息,为小鼠非编码RNA的功能和进化研究奠定了基础.     

长链非编码RNA的生物学功能和研究方法

长链非编码RNA(long-noncoding RNA,lncRNA)是一类长度大于200nt的非编码RNA(noncoding RNA,ncRNA),不具有编码蛋白质的功能,直接以RNA的形式发挥作用,以诱饵分子、信号分子、引导分子和支架分子的方式在转录水平和转录后水平调节蛋白质编码基因的表达,参与细胞分化和个体发育等生命过程。lncRNA存在普遍的转录现象,但与蛋白质编码基因相比表达水平较低。基因组测序结果显示生物体内仅有少量的编码基因,绝大部分基因以非编码的形式存在于动物和植物体内起调控作用。近年来以miRNA和siRNA为代表的ncRNA的研究已经取得了丰硕的成果,而lncRNA的研究才刚刚开始,但是已经有研究表明lncRNA有广泛的生物学功能,如染色体修饰、X染色体沉默、干扰或激活转录和核内运输等。以转录组测序、微阵列和荧光原位杂交为代表的研究方法也在发展完善。     

黄单胞菌属细菌非编码小RNA的研究进展

黄单胞菌属(Xanthomonas)是一类能引起多种单子叶和双子叶植物感病的革兰氏阴性细菌,严重危害水稻、甘蓝、番茄、柑橘等多种作物,其入侵和增殖依赖于三型分泌系统(Type III Secretion System,T3SS)和其他毒素因子。细菌非编码小RNA能通过与靶m RNA互作,在转录后水平调控基因的表达,或直接与蛋白互作,影响细胞的各种生理功能。主要介绍了细菌非编码小RNA的分类、及其对细菌蛋白调节、生长代谢、基因转录以及毒力调控等方面的研究进展,并重点对黄单胞菌属细菌已鉴定的非编码小RNA及其生物学功能进行综述,以期为黄单胞菌引起的作物病害防控提供新的思路。     

生物节律基因非编码RNA调控机制

节律性的振荡不仅存在于生物节律中枢也存在于外周器官、组织及细胞中,其产生依赖于节律基因的转录、转录后及翻译后水平调控。近几年,生物节律转录后水平调控机制研究成为热点。非编码RNA(ncRNAs)调控组分小RNA(microRNA)与长链非编码RNA(lncRNA)作为参与转录后调控的重要分子,已有研究表明microRNA与lncRNA调控节律基因mRNA与蛋白的相位及振幅。本文概述microRNA与lncRNA参与昼夜节律中枢与外周调控的研究进展,为生物节律转录后调控机制的进一步研究提供参考。     

非编码RNA在心脏稳态维持中的功能和机制

心脏的稳态维持依赖动态重塑来实现。心脏重塑异常是多种心血管疾病的主要病理生理基础,它能引起心肌肥厚、间质纤维化和心脏功能受损等结构和功能的改变,并最终导致心力衰竭。非编码RNA(ncRNA)是指不编码蛋白质的RNA分子。微小RNA (miRNA)和长链非编码RNA (lncRNA)是非编码RNA的两种主要类型,在基因转录、RNA成熟和蛋白质翻译等水平调控基因表达,参与许多重要的生命过程。近年来的研究表明,这两种非编码RNA参与心脏重塑和心脏疾病发生。该文将介绍miRNA和lncRNA在心脏稳态维持中功能及其机制的最新研究进展,以及它们作为心脏疾病诊断分子标志物及治疗靶标的前景。     

综述:转录后基因调控异常与老年性痴呆

转录后基因调控异常与阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)发生发展的关系研究越来越受到重视．本文重点论述了tau基因(MAPT)发生可变剪接异常与AD发生的关系,以及参与转录后调控的RNA结合蛋白和非编码RNA在AD发生发展中的作用．     

长链非编码RNA的功能及其作用机制

近年来,随着高通量深度测序技术的飞速发展,大量长链非编码RNA(lncRNA)在真核生物体内不断被发现。lncRNA是一类长度大于200 nt,生物学功能丰富,高级结构保守的非编码RNA(ncRNA)分子,能直接与蛋白质、微小RNA(microRNA)等分子作用,在表观遗传水平、转录水平、转录后水平上调控靶基因的表达。主要就lncRNA的分类标准、调控基因表达模式及其与蛋白质、miRNA的相互作用进行综述,旨在为更好地理解和研究lncRNA生物学功能提供参考。