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lncRNA 和 circRNA 简介

研究发现长链非编码 RNA(long noncoding RNA ,lncRNA)、环状 RNA(Circular RNA,circRNA)在生命过程中起到十分重要的调控作用而受到广泛关注。目前虽然大量 lncRNA、 circRNA 已经被发现,但对它们的功能机制研究都还只是冰山一角。通过专门设计的 lncRNA、 circRNA 芯片高通量地检测,可以加速整个研究过程。lncRNA、 circRNA 整体表达丰度低于 mRNA,而芯片比测序更适合对低丰度 RNA 分子的检测。另外,lncRNA 来源较复杂,比如 exon sense 类 lncRNA 与 mRNA 同向转录且有序列重叠区域,避开与 mRNA 重叠的区域,在特异性区域设计探针,可以更准确地检测 lncRNA 的表达量。芯片通过整合收录最全的 circRNA 、lncRNA、mRNA,并及时更新,可同时检测 circRNA、lncRNA 与编码蛋白 RNA。整体来看芯片技术在高通量筛选 lncRNA、 circRNA 还是具有很大优势。

* * 环状 RNA * *

环状 RNA 不同于经典生物学认识的线性 RNA 分子,是一大类具有闭合环状结构的特殊非编码 RNA。Sanger 等在 1979 年发现某些高等植物中存在可致病的单链环状类病毒,这是人类首次发现环状 RNA。环状 RNA 是通过外显子环化或内含子环化将 3'和 5'末端连接起来形成完整的环形结构,大量存在于真核细胞中,通常具有组织或发育阶段的表达特异性,且多数序列高度保守,是扮演重要调控作用的新明星分子。circRNA 由于呈闭合环状结构,不受 RNA 外切酶影响,表达更稳定,不易降解。这使得环状 RNA 在作为新型临床诊断标记物的开发应用上具有明显优势。2013 年左右大量环状 RNA 被发现并相继开展环状 RNA 成环原理,参与调控的功能机制。Hansen 等 2013 年发表在 nature 杂志上的文章发现 ciRS-7 可以作为 miRNA sponge(相当于 competing endogenous RNA,ceRNA 调控),这也引发了更为广泛地研究。ceRNA 是指能够作为 microRNA 吸附海绵竞争性结合 microRNA,使得 microRNA 丰度下降,对其靶基因的调控减弱的 RNA 分子的调控关系,包括 lncRNA、circRNA 等

环状 RNA 分子特点如下:
•    闭合环状结构,半衰期长 ;
•    具有特异的反向剪接位点,一个母基因可以产生多个环状 RNA;
•    不具有 5』帽子和 3』 poly(A);
•    组织表达特异性高 ;
•    大多存在于细胞质中,且序列高度保守 ;
•    大部分不编码 ;
•    整体表达丰度低于 mRNA 。

环状 RNA 功能:
•    转录调控;
•    作为 microRNA 吸附海绵进行 ceRNA 调控;
•    与 RNA 结合蛋白相互作用而调控其他 RNA;
•    编码多肽或蛋白,最新发现能够通过 m6A 修饰启动翻译。

* * lncRNA * *

lncRNA 是长达两百个核苷酸以上的转录本, 缺少特异完整的开放阅读框, 无蛋白质编码功能,绝大多数位于细胞核内。虽然 lncRNA 没有编码任何蛋白质,但它们在不同组织和发育阶段的表达依然具有特异性,这说明 lncRNA 具有重要的生物学意义。目前研究发现 lncRNA 在多种生理学和病理学过程中发挥重要作用, 如 X i s t 参与了哺乳动物的 X 染色体失活。Xist 基因表达产生长度为千核苷酸数量级的非编码 RNA 转录本,该转录本可以改变哺乳动物一条 X 染色体的构象,从而将整条染色体沉默掉。这样一种机制可以保证与 X 染色体相关的基因表达在雄性与雌性之间维持一种平衡。除此还参与基因组印记、染色质修饰与重塑、细胞周期等多种重要调控过程。主要是通过表观遗传学调控、转录调控、转录后调控三个层面通过多种途径和分子机制实现对基因表达调控。根据 lncRNA 与 mRNA 位置关系对 lncRNA 进行分类可以分为 bidirectional(与邻近 mRNA 共享启动子区域,转录方向相反)、intergenic(基因间)、antisense(与邻近 mRNA 转录方向相反)、intronic(位于内含子)、sense(与邻近 mRNA 转录方向相同)五类。

 

延伸阅读:

circRNA 和 lncRNA 芯片用于高通量检测研究 Q&A

 

参考文献:

1. Memczak S, Jens M, Elefsinioti A, Torti F, Krueger J, Rybak A, Maier L, Mackowiak SD, Gregersen LH, Munschauer M, Loewer A, Ziebold U, Landthaler M, Kocks C, le Noble F, Rajewsky N. Circular RNAs are a large class of animal RNAs with regulatory potency.Nature. 2013 Mar 21;495(7441):333-8. doi: 10.1038/nature11928. Epub 2013 Feb 27.
2. Hansen TB, Jensen TI, Clausen BH, Bramsen JB, Finsen B, Damgaard CK, Kjems J.
Natural RNA circles function as efficient microRNA sponges.Nature. 2013 Mar 21;495(7441):384-8. doi: 10.1038/nature11993. Epub 2013 Feb 27.
3. Salzman J, Chen RE, Olsen MN, Wang PL, Brown PO (2013) Cell-Type Specific Features of Circular RNA Expression. PLoS Genet 9(9): e1003777.doi:10.1371/journal.pgen.1003777.
4. Sanchez-Mejias , Tay. Competing endogenous RNA networks: tying the essential knots for cancer biology and therapeutics. Journal of Hematology &  Oncology 2015, 8:30  doi:10.1186/s13045-015-0129-1.
5.Jeffrey J. Quinn. Unique features of long non-coding RNA biogenesis and function. nature doi:10.1038/nrg.2015.10