長鏈非編碼RNA與動物的基因表達調控

王康巖，凌英會，章孝榮*

(1.安徽農業大學動物科技學院，合肥 230036； 2.安徽地方畜禽遺傳資源保護與生物育種省級實驗室，合肥 230036)

長鏈非編碼RNA與動物的基因表達調控

王康巖1，2，凌英會1，2，章孝榮1，2*

(1.安徽農業大學動物科技學院，合肥 230036； 2.安徽地方畜禽遺傳資源保護與生物育種省級實驗室，合肥 230036)

長鏈非編碼RNA(Long noncoding RNA，lncRNA)是一類長度超過200 nt的非編碼RNA，沒有完整的開放閱讀框，不具備編碼蛋白質的能力。但是最近的研究表明，lncRNA參與機體內許多重要的生理過程，如基因印記、X染色體失活等。其調節作用主要是通過DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質重塑等方式影響基因的表達。同時lncRNA在疾病的發生與發展過程中影響重大，對疾病的診斷與治療有重要的意義。因此，本文從lncRNA的生物學特性、lncRNA在表觀遺傳學、轉錄后水平、在干細胞中的作用以及在疾病上的研究內容進行總結分析，闡述lncRNA的研究進展，為進一步研究lncRNA參與調控機體內生理過程的作用機制提供參考。

lncRNA；表觀遺傳；ncRNA；基因印記；DNA甲基化；組蛋白修飾

根據經典的中心法則，RNA經常被認為是連接DNA和蛋白質的橋梁。隨著眾多DNA高通量測序技術的發展，結果發現，只有2%的基因是能夠被翻譯成蛋白質，其中90%以上是被轉錄成非編碼RNA(ncRNA)[1]，在生物體內形成強大的調控網絡，調節眾多的生物學過程。ncRNA根據長度的大小可以分為miRNA、siRNA、piRNA等，被證實扮演著眾多的角色，如轉錄的調控、染色質結構的控制、異染色質的形成和在蛋白質組學中的影響等[2]。還有一些功能性的RNA，如rRNA、tRNA等。隨著對全基因轉錄組的深入研究，發現了長度超過200 nt的長鏈非編碼RNA(Long noncoding RNA，lncRNA)。一度被認為是轉錄“噪音”的lncRNA，雖然不具有開放的閱讀框，沒有編碼蛋白的能力[3]，但它們的作用是不可替代的。第一次在哺乳動物體內發現的lncRNA是1998年在小鼠體內發現的Human homologue 19(H19)[4]。在接下來的20年里，更多的lncRNA基因被發現，它們影響著眾多的生物學過程，包括在X染色體失活、劑量補償效應、基因印記等方面，同時lncRNA的異常表達與多種癌癥的發生也有密切的聯系。

盡管lncRNA在生物體內廣泛分布，但是其功能機制的研究尚需完善。鑒于此，人們有必要深入研究lncRNA在生物體內基因表達調控方面的作用機理。本文主要從lncRNA在表觀遺傳、轉錄后水平上的調控作用、在干細胞的多能性的維持以及與疾病過程中的基因調節等方面進行闡述，為今后lncRNA更深入的研究提供理論基礎。

1 lncRNA的生物學特性

lncRNA跟mRNA相似，大多數的lncRNA都是由RNA聚合酶II轉錄而來的，也是經過拼接，有帽子結構和多聚腺苷酸尾巴，但與mRNA相比其缺乏完整的開放閱讀框[5]，與mRNA主要分布在細胞質中不同，其主要分布在細胞核中[6]。表達具有時空特異性，同時在物種之間具有低保守性。雖然被稱作轉錄的“暗物質”，但是隨著研究的深入，發現lncRNA發揮著重要的作用，不僅僅是其一級結構，lncRNA的二級結構同樣能夠發揮重要的作用，如lncRNA Mistral的3′端區域可以形成一個莖環結構，被稱作激活劑結合區域，用來結合MLL1的SET區域，這樣就可以結合ssDNA[7]。lncRNA可以通過“誘餌”(Decoy)、腳手架(Scaffold)和指導(Guide)而發揮作用，這可以為許多的功能提供解釋，同時也可以為預測lncRNA的功能提供依據。lncRNA的來源有5種形式：(1)編碼蛋白質的基因結構發生中斷轉變而來的lncRNA；(2)染色質重組的結局，也就是兩個未轉錄的基因與另一個獨立的基因并排重組產生的lncRNA；(3)非編碼基因復制過程中的反移位產物；(4)局部的串聯重復序列也可能會產生一個新的lncRNA，這一現象可以在Kcnqlot1和Xist的轉錄子的5′區域里觀察到；(5)基因組中插入一個轉座成分而產生有功能的非編碼RNA[8]。雖然現在對lncRNA還沒有統一的定義，但是根據lncRNA編碼序列與蛋白質編碼基因的相對位置大致可以將lncRNA分成5種類型：(1)正義鏈lncRNA；(2)反義鏈lncRNA；(3)雙向轉錄產生的lncRNA；(4)內含子lncRNA；(5)基因間lncRNA，即lincRNA。研究發現，在人類和其他哺乳動物中能夠編碼數千種lncRNA[5]。既然有這么多的lncRNA，那么它們在基因表達調節中具體能發揮哪些作用？

2 lncRNA的生物學功能

2.1 lncRNA在表觀遺傳方面的基因調控

經典遺傳學認為，核酸是遺傳的分子基礎，生命的遺傳信息儲存在核酸的堿基序列中。雖然每個個體內所有細胞都含有相同的遺傳信息，但由于表達模式的不同，這些細胞經過分化后成了具有不同功能和形態的細胞，從而形成不同的組織和器官。DNA序列不發生改變的情況下，基因表達發生可遺傳的改變，被定義為表觀遺傳現象。表觀遺傳修飾包括DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質重塑等過程。在哺乳動物中DNA甲基化發生在CpG島中的胞嘧啶上，是影響染色質結構和功能的DNA化學修飾。根據lncRNA調控靶基因的相對位置關系將其作用方式分為順式和反式兩種，通過對一些染色質修飾復合物的招募發揮作用。那些被招募的組蛋白修飾復合物具有識別(Read)，添加(Write)，轉移(Erase)或者替換功能。其中具有“添加”功能的包括EZH2，它是PRC2的催化亞單位，是H3K27三甲基化所必需的，甲基轉移酶G9a 能夠催化H3K9的二甲基化或者三甲基化[9]。“Erasers”如脫甲基酶LSD1，特異性轉移組蛋白標記[10]。“Readers”的功能是作為“翻譯器”，也可以識別特異的組蛋白標記然后將這些信息轉換成基因組的反應[11]。然而這些染色體修飾酶如何識別、結合它們的目標區域仍然需要繼續探索。

lncRNA參與基因印記和X染色體失活現象[12]。在參與調控劑量補償效應的lncRNA中，研究最為深入的是Xist，其發現于1991年，在X染色體失活中扮演重要的角色，是理解lncRNA參與表觀遺傳調控的重要模型[13]。現在普遍被接受的是Xist能夠沉默X染色體上數百種的基因。Xist通過覆蓋在X染色體上介導基因的失活，這其中需要轉錄因子Ying Yang 1(YY1)的幫助，YY1構建了連接lncRNA和染色體的橋梁[14]，RepC在其中起到了關鍵性的作用。許多lncRNA的功能區域來源于重復序列，另一種lncRNA Tsix轉錄自活化的X染色體，它能夠防止另一種重復序列RepA結合任何一個X染色體，Xist RNA的5′端的一種低拷貝的重復序列RepA，RepA能夠招募EZH2、SUZ12和EED(都是PRC2的組成部分)，然后結合于Xist基因轉錄位點附近，參與Xist基因啟動子區域的H3K27me3，該甲基化方式可促進Xist基因的大量表達，在X染色體失活中心結合到任何一條X染色體從而起始X染色體的失活[15]。上述提到的重復序列普遍存在，如SINEs和Alu，其能夠識別并介導mRNA的翻譯或者衰減。

所以，在活化的X染色體上，Tsix能夠阻止Xist轉錄生成，從而可以維持X染色體的活化狀態。Tsix可以通過多種方式調控Xist。Tsix使X染色體配對協調從而在Xist基因座產生表觀遺傳的不對稱性[16]，它也可以通過招募DNA甲基轉移酶(Dnmt3a)從而沉默Xist。同時Tsix可以和Xist競爭PRC2，Xist 另一個影響因子是Jpx。敲除Jpx會影響Xist的活性[17]，同時也會影響Xist的上調表達以及在雌性ES細胞分化期間覆蓋在X染色體上，然而對于雄性的細胞沒有影響。奇怪的是，在雌性ES細胞Jpx單個復制的消除并不會導致野生型染色體的優先失活[18]。在沒有Xist上調表達的情況下，Jpx在雄性ES細胞分化期間上調表達，這表明不止Jpx在發揮作用[19]。另一個與X染色體失活相關的lncRNA是Rsx，它與Xist相似，覆蓋在其轉錄的X染色體上，通過順式作用沉默X染色體上的基因[20]。該結果證明了不止一種lncRNA參與X染色體的失活效應。另一個表觀遺傳現象也是利用lncRNA調控基因表達的，被稱為基因印記。有多種lncRNAs在調節臨近的印記基因的表達中扮演重要的角色[21]。如Air、Kcnq1ot1等，Air轉錄單元起始于小鼠第17號染色體上的Igf2r基因的第2個內含子。Air可以招募G9a(H3K9組蛋白甲基轉移酶)定位于染色體上順式沉默3個印記基因：Slc22a3、Slc22a2和Igf2r[22]。與Air相似的是，Kcnq1ot1也能夠通過招募G9a、PRC2、和Dnmt1，然后順式調節Kcnq1及其鄰近基因的表達[23]。

lncRNA除了順式作用直接調節目標基因的表達外，還可以通過反式作用發揮作用。如HOTAIR通過反式作用調控Hox基因的表達。Hox基因在動物胚胎早期發育中對細胞的分化至關重要。哺乳動物中有39種Hox基因，它們分布在4種染色體區域(HoxA to HoxD)。Hox基因對于動物的生長發育和細胞命運的決定都至關重要。研究發現Hox基因簇能夠編碼上百個lncRNA。這些lncRNA有的能夠調控Hox基因的表達。J.L.Rinn等發現HOTAIR可以通過反式作用抑制HoxD基因的表達，HOTAIR可以作為組蛋白修飾復合物的腳手架(Scaffold)，通過對PRC2、LSD1和CoREST/REST的招募，調節人類HoxD基因的表達[24]，其5′端區域結合PRC2而其3′端區域則結合LSD1[25]催化H3K4的脫甲基，引導它們去特異性的區域從而恢復組蛋白H3K4me2的活性，而使H3K27甲基化處于抑制狀態。然而在小鼠體內HOTAIR并不能調控HoxD基因的表達，這表明HOTAIR在人和小鼠體內的功能是有差別的[20]。最近的研究表明lncRNA可能首先結合染色質，然后作為其他修飾復合物的“船塢”，發現HOTAIR就先于其蛋白結合伴侶PRC2而結合于染色質上[26]。除了抑制作用同樣有促進作用，如HOTTIP和Mistral。HOTTIP能夠招募WDR5-MLL1去抑制H3K27me3，但是可以促進H3K4me3，所以HOTTIP能夠維持HoxA基因簇的活性，Mistral也是通過相同的方式調控目的基因[27]。另外，eRNAs也有相似的機制促進基因的表達[28]，ecRNAs同樣通過“捕獲”DNA甲基轉移酶(DMNT1)抑制DNA甲基化從而維持染色體的激活狀態[29]。

表1 lncRNA的作用方式

Table 1 Model of action of the lncRNAs

lncRNA作用方式ModelofactionRepA,Xist,Tsix(Cis-tether)Gtl2,Kcnq1ot1,Airn,Hottip,ANRIL,Oct4-ps5,COLDAIR,Evf2,BDNF-AS(Cis-targeting)順式作用(Cis)pRNA,asOct4-ps5(trans-targeting)反式作用(Trans)Xite,ncRNA-a7,eRNAs(Enhancer)順式作用(Cis)PTEN-ps,Tsix(Decoy)反式,順式(Trans,cis)MALAT1,TUG1,NEAT1,HOTAIR,roX1,roX2(Scaffold)反式作用(Trans)TLS(Allostericmodification)NDSRA,SINEB2,Jpx,pRNA(Coactivatororco-repressor)ND

ND.不確定

ND.Not determined

2.2 lncRNA在轉錄水平基因表達調控的作用研究

研究證明lncRNAs可以在轉錄水平調控基因的表達。在生物體中轉錄水平的調節是基因表達調控最重要的環節。lncRNA可以通過多種方式調節基因的轉錄，包括通過對轉錄因子的募集和調節以及調節RNA聚合酶II的活性和轉錄干擾。例如，lncRNA CRG通過招募RNA聚合酶II到CASK上游啟動子區域，從而調節CASK基因的表達[30]。P-TEFb在RNAPII轉錄過程中必需的蛋白激酶，研究表明，7SK RNA通過與HEXIM1及LARP7蛋白結合從而抑制P-TEFb的活性[31]。轉錄因子是一種能夠與DNA序列特異性結合的蛋白，它們具有DNA結合結構域和效應結構域等。研究發現一些lncRNA通過與轉錄因子的結合而發揮作用。LncRNA PANDA可以通過與轉錄因子NF-YA結合，從而阻止促凋亡基因的表達進而影響細胞的周期[32]。lncRNA的轉錄對于臨近基因的表達也具有重要的調節作用。lncRNA基因Srg1位于其靶基因Ser3的上游，同時Srg1基因的3′端序列與Ser3基因啟動子重疊。當過表達lncRNA時，轉錄產物通過占據轉錄起始因子與Ser3啟動子的結合空間，抑制靶基因的表達[33]。也有一些lncRNA對靶基因有增強作用，例如，DlX2在神經系統發育中發揮重要的作用，由增強子轉錄而來的lncRNA Evf-2可以招募轉錄因子DlX2與增強子結合，從而激活臨近基因Dlx5/6的表達[34]。進一步的研究表明，Dlx2和MEFCP2這兩種不同的轉錄因子可以與lncRNA Evf-2結合而發揮相反的作用，可以推測出Evf-2 RNA可以同時招募抑制和活化的轉錄因子到增強子區域，從而發揮相應的生物學效應[35]。在轉錄增強方面的研究很多，比如消除ncRNA-a1會降低aurora kinase A的表達，這個發現進一步表明lncRNA能夠通過順式或者是反式發揮作用。Six3OS由編碼轉錄組因子Six3同源域的基因遠端啟動子區轉錄而來。研究表明，SixOS直接與Ezh2和Eya家族成員結合，并間接將組蛋白修飾酶招募到Six3靶基因處。在Six3OS的調控下，Six3的活性發生了改變而表達并沒有改變，由此可見，lncRNA并不一定會改變目的基因的表達。一些lncRNA可以通過堿基互補配對的方式與靶基因的啟動子結合，形成穩定的DNA-RNA三聯復合體，抑制靶基因的轉錄。通過這種方式可以抑制TFIIB與人的二氫葉酸還原酶(DHFR)的啟動子結合，從而抑制轉錄的發生[36]。lncRNA還能募集轉錄調控因子到臨近的靶基因啟動子上，抑制靶基因的表達。研究發現，lncRNA直接招募TLS到CCND1啟動子區域抑制基因的表達，從而開啟DNA損傷信號通路[37]。

2.3 lncRNA在轉錄后水平基因表達調控的作用研究

lncRNA也可以通過幾種方式參與調控轉錄后的基因表達：(1)mRNA前體的剪切。MALAT1通過影響SR蛋白的分布從而對mRNA的前體進行剪切，MALAT1的衰減或者SR蛋白的過表達都會影響mRNA前體的選擇性剪切，這表明它們共用信號通路控制選擇性剪切。降低MALAT1的水平會提高SR蛋白的濃度和磷酸化，進而阻止SR蛋白在核散斑的積累。這些發現表明在核區域MALAT1調節SR蛋白的濃度從而達到理想的選擇性剪切[38]。來源于Prader-Willi syndrome(PWS)內含子區域的5種Sno-lncRNA在人類胚胎干細胞中高表達，可以聯合Fox家族控制剪切[39]，然而來源于其他區域的Sno-lncRNA或者其他物種的還不是很清楚。(2)促進mRNA的衰減。如STAU1介導的mRNA的衰減(SMD)參與mRNA的衰減，細胞質中1/2-sbsRNAs(Half-STAU1-binding site RNA)通過招募Staufen1蛋白與目的mRNA部分堿基互補配對從而促進mRNA的衰減[40]。(3)阻止mRNA的衰減。與促進mRNA的衰減不同，lncRNA與mRNA完全的堿基互補配對會保護mRNA的衰退。BACE1-AS的消減會減少神經細胞以及小鼠腦中BACE1的mRNA和蛋白質水平。相反的是BACE1-AS的引入會組織mRNA的消減。BACE1-AS會與BACE1的mRNA外顯子6形成完全的堿基互補配對而阻止其衰減。這個結合位點同樣也是miR-485-5p的結合位點。當過表達miR-485-5P的時候會削弱BACE1 mRNA的穩定性，但引入BACE1-AS則結果相反。這也從側面說明了上述結論[41]。(4)抑制mRNA的翻譯。最近的研究表明，lncRNA也參與蛋白質的翻譯調控，如lincRNA-p21通過招募翻譯抑制因子Rck和Fmrp與目標mRNA部分互補而發揮抑制作用[42]；同時lncRNA的反義鏈與鼠的ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1(UCHL1)結合，可以提高UCHL1蛋白的表達量，它的活性取決于嵌入的SINEB2重復序列[43]。(5)mRNA轉錄的激活。AS Uchl1通過SINEB2序列與Uchl1 mRNA的5′端部分完全互補配對，這種結合方式可以促進核糖體到Uchl1 mRNA處提高其轉錄水平[43]。(6)與miRNA的關系。miRNA作為一類重要的調節因子，在生物體內發揮著重要的作用，可以通過與靶基因mRNA的3′端非編碼區域的結合，導致目標mRNA的降解或者翻譯的抑制。研究發現lncRNA與mRNA的結構相似，這也就預示著lncRNA與miRNA可能有密切的聯系。lncRNA上有miRNA的結合位點，可以作為“海綿”吸附miRNA從而發揮作用，這種通過競爭miRNA結合位點的RNA被稱作“competing endogenous RNA”(ceRNA)[44]。Linc-MD1通過與miRNA競爭結合位點調控肌肉的增殖與分化，在小鼠和人的成肌細胞中linc-MD1能夠阻斷miR-133和miR-135的作用調控MAML1和MEF2C的mRNA的翻譯[45]。研究表明，linc-MD1的水平受到HuR蛋白的調控，通過與linc-MD1結合而使linc-MD1集聚，同時能夠防止Drosha酶對linc-MD1的剪切[46]。另外，miR-675能夠抑制多種細胞的增殖，包括胚胎干細胞、小鼠胚胎成纖維細胞以及小鼠的成肌細胞，lncRNA HcR和H19一起通過調控miR-675的產生進而影響胎盤的生長發育。

2.4 lncRNA在干細胞中的基因調控研究

胚胎干細胞的研究使人們重新認識了基因重組和細胞命運。其干性狀態的維持需要4種主要轉錄因子的精細調控[47]。許多lincRNA表現出組織特異性的表達模式，這也就表明其在細胞中發揮潛在的功能，如在表皮干細胞中表達的lncRNA Antidifferentiation noncoding RNA(ANCR)和terminal differentiation-induced noncoding RNA(TINCR)，其中ANCR抑制分化而TINCR則促進分化[48-49]。近期對lncRNAs在干細胞多能性維持方面的功能研究取得了一定進展。Guttman系統的通過慢病毒表達載體shRNA利用功能喪失去研究在小鼠胚胎干細胞中表達的147種lincRNA[50]。超過90%的lincRNAs敲除之后會嚴重影響胚胎干細胞中基因的表達。發現26種lincRNA參與胚胎干細胞多能性的維持，然而有30種lincRNA能夠抑制與分化有關基因的表達。這些lincRNAs的表達受到胚胎干細胞中轉錄因子的調控。研究發現4種lincRNA的表達受到了轉錄因子Oct4和Nanog的調控[24]。為了研究lncRNA轉錄水平的降低是否與胚胎干細胞的多能性的改變有關，運用RNAi技術觀察AK028326和AK141205能否改變Oct4和NanogmRNA的水平。結果，AK028326的敲除導致Oct4以及Nanog的降低，敲除AK141205同樣會促進多能性的喪失。同時敲除AK028326和AK141205會影響細胞的增殖與形態學。過表達AK028326和AK141205會促進胚胎干細胞譜系定型細胞的分化[51]。隨著lncRNA各種強大功能的發現，它在成體細胞向誘導多能干細胞重編程中發揮重要作用。2006年，日本京都大學的一個研究小組篩選出了4個在胚胎干細胞或者腫瘤細胞中高度表達的基因轉錄因子(Oct4/Sox2/Klf4/c-Myc，OSKM)，并利用逆轉錄病毒載體將這些因子轉染到小鼠成纖維細胞中，通過這些因子在受體細胞內過量表達，誘導成纖維細胞去分化，使成體細胞重編程為多能干細胞，并將其定義為誘導多能干細胞(iPSCs)[52]。分子的重編程展示了細胞命運的可塑性。將已分化的細胞轉變成多能性的細胞為再生醫學提供了很多的可能性[53]。研究發現，通過對胚胎干細胞和iPS細胞中相同表達的lincRNAs，他們發現了28種lincRNAs在iPS細胞中特異性的富集，這些lincRNA受轉錄因子Sox2和Nanog的調控，間接證明了lincRNA參與iPS的形成，還有一些lincRNAs在iPSCs中上調表達，這表明它們可能在促進重編程過程中發揮重要的作用[54]；其中對lincRNA-RoR的研究發現，如果抑制其表達將損害iPS的形成，同時敲除OCT4將會引起lincRNA-RoR的劇烈變化，lincRNA-SFMBT2有著同樣的反應，這表明它們在重編程中的作用。進一步的試驗證明，對于過表達lincRNA-RoR會提高獲得iPSCs的效率。為了解lincRNA-RoR在通路中的影響，采用微陣列來評估基因表達，發現敲除lincRNA-RoR會導致參與P53、氧化應激、DNA損傷誘導以及凋亡通路基因的上調表達，表明lincRNA-RoR參與提高iPSCs的成活率[54]。研究已經證明lincRNA參與細胞的重編程，但是想要了解其中機制還比較困難，其中一種猜想就是那些與多能性相關的lincRNA可能在一些染色體修飾復合物的協助下完成整個過程。研究發現一些lincRNA與染色質修飾復合物聯系，有的是指導(Guide)還有作為腳手架(Scaffolds)對特定基因區域進行調控從而維持細胞的多能性。

2.5 lncRNA與疾病相關的基因調控研究

前面已經闡述了許多lncRNA的生物學功能。通過對基因表達的調控，lncRNA可以參與許多的生物學過程，包括細胞的增殖、細胞周期、細胞凋亡以及細胞分化。lncRNA的異常表達會導致許多的病理變化，包括各種癌癥的發生、心臟疾病和老年癡呆等。HOTAIR最近被發現跟腫瘤的新陳代謝有密切的關系[55]，在腫瘤的發生發展、轉移及預后中發揮重要的作用。HOTAIR能夠招募PRC2在整個基因組中重新定位，進而能夠沉默、轉移、抑制相關基因的表達[55]；BANCR敲除后黑色素瘤細胞的轉移能力明顯降低，因此BANCR與黑色素瘤細胞轉移相關[56]；UCA1在膀胱癌中的表達水平升高，促進人膀胱癌細胞的增殖。通過對UCA1表達抑制及過表達顯示，其表達水平與細胞周期相關CREB表達及磷酸化水平一致。UCA1也可以通過影響AKT的表達及活性，阻斷PI3K通路后，細胞周期進程明顯減緩，因此UCA1可通過CREB蛋白調控PI3K-AKT通路來調控細胞周期進而在膀胱癌中發揮作用，可以作為潛在的膀胱癌診斷指標及治療靶點[57]。其他參與癌癥的增殖、凋亡以及周期調控的有PCAT-1、ANRIL、MALAT-1、SPRY4-IT1等。lncRNA同樣可以影響細胞凋亡，如lincRNA-p21、PANDA，都是由p53基因誘導的。lncRNA CDKN2B-AS1(ANBIL)能結合PRC2復合物的亞族Suzl2和PRC1復合物中的CBX7的染色質區域，從而使H3K27三甲基化，H3K27me3能夠介導腫瘤抑制基因CDKN2A/CDKN2B(IFNK4a/IFNK4b)的抑制表達[58]。目前還沒有已知疾病的突變駐留在蛋白編碼基因區域里，這表明非編碼轉錄本的分離可能是某些疾病的發病機理。

lncRNA同樣能夠與miRNA共同作用調節疾病的發生發展。研究表明，在一些癌癥中某些miRNA通常異常表達，它們可能作為致癌因子或者癌癥抑制因子。這其中miR-21已經被證實在眾多癌癥中扮演致癌因子。如在乳腺癌、前列腺癌、結腸癌、肝癌以及肺癌等[59]。但是miR-21僅僅以編碼蛋白的基因為目標嗎？答案是否定的，因為在生物體中只有大約2%的基因能夠編碼蛋白，其余的都編碼成了ncRNA。以此推測miRNA同樣能夠調控lncRNA以控制癌癥的新陳代謝。例如lncRNA HULC在肝細胞癌中表達，它能夠與miR-372結合從而形成一個關聯調節[60]。研究發現，GAS5能夠抑制癌癥的發生，但是其中的機制并不是特別清楚。隨后的研究表明，GAS5是miR-21的靶標，通過與GAS5的外顯子4結合而發揮作用[61]。研究還發現，GAS5也能通過RISC負調節miR-21，顯示miR-21與GAS5之間能形成相互的抑制環路。同樣還有另一個lncRNA HULC能夠吸附miR-372，從而導致目標基因的轉錄抑制，從而為研究癌癥提供了一個新的視角[61]。

3 展 望

隨著更多lncRNA的發現，改變了人們對生物體基因組和轉錄組的看法。研究已經證明了lncRNA參與機體許多重要的生理過程，包括表觀遺傳、基因印記、劑量補償效應等，同時在疾病的發生發展過程中發揮著關鍵性作用。通過高通量的手段越來越多的lncRNA被發現，但是許多生物學功能還沒有闡明。在此研究領域還存在一些問題：對于lncRNA的定義還沒有統一的結論；預測lncRNA的功能還比較困難；有關lncRNA的數據庫還不完善；以及與一些小RNA之間的關系等。lncRNA可以通過結合一系列的染色體修飾復合物來調節基因的表達。雖然已經知道一些lncRNAs可以結合染色體修飾復合物，同時，lncRNA也可以作為“指導者”引導這些蛋白結合伴侶到目標區域。但是其中的一些機制并不是很了解，如這些蛋白是如何識別并且特異性的結合特定的lncRNA而不是其他的lncRNA，這些lncRNA是否能夠直接與DNA結合形成lncRNA：DNA雜合體、三倍體或者其它的復合物，這些DNA結合蛋白是否在lncRNA和DNA之間起到媒介的作用。這些問題的解決能讓人們更好地理解其中的機理。lncRNA的研究開辟了一個嶄新的領域，為了解基因的表達調控提供了一個新的視角。隨著人們對lncRNA的結構和功能不斷深入的研究，定會完善人們對生物體內調控網絡的認識。

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(編輯 郭云雁)

Research Progress in Regulation of Gene Expression of Long Noncoding RNA

WANG Kang-yan1，2，LING Ying-hui1，2，ZHANG Xiao-rong1，2*

(1.CollegeofAnimalScienceandTechnology，AnhuiAgriculturalUniversity，Hefei230036，China；2.LocalAnimalGeneticResourcesConservationandBiobreedingLaboratoryofAnhuiProvince，Hefei230036，China)

Long noncoding RNA are a group of endogenous RNA molecules which exceed 200 nt in length，lack complete specific open reading frame，they don’t have the ability to encode proteins.But recent studies have shown that lncRNA participates in many important physiological processes，such as gene imprinting，X chromosome inactivation，and so on.They regulate gene expression mainly through the DNA methylation，Histone modification，chromatin remodeling.At the same time，lncRNA have important effect in the occurrence and development process of disease，and have very important significance to the diagnosis and treatment of disease.Therefore，this article analyzed the biological characteristics of lncRNA，lncRNA in epigenetic，post-transcriptional level，role in stem cell and the research of the disease，elaborated the research progress of the current lncRNA，provided a reference for further study on the mechanism of lncRNA involved in the regulation of physiological processes.

lncRNA；epigenetics；ncRNA；gene imprinting；DNA methylation；Histone modifications

10.11843/j.issn.0366-6964.2015.04.001

2014-08-11

國家自然科學基金項目(31301934；31372310)；安徽省自然科學基金(1308085QC54)

王康巖(1990-)，男，安徽壽縣人，碩士，主要從事動物遺傳育種研究，E-mail：15856905526@163.com

*通信作者：凌英會，博士，主要從事動物遺傳育種與繁殖研究，Tel：0551-5785928，E-mail：caaslyh@163.com；章孝榮，教授，博士生導師，主要從事動物生殖調控研究，E-mail：zhangxiaorong01@163.com

S852.2

A

0366-6964(2015)04-0509-09