ceRNA：从全新的视角研究转录组(调控相关——lncRNA（学习总结）)

ceRNA：从全新的视角研究转录组

2016年09月15日讯 当我们谈到基因表达，自然离不开microRNA（miRNA）。这一类小小的非编码RNA通过与mRNA目标结合，抑制其翻译成蛋白质，从而在胚胎发育、细胞分化以及器官形成等过程中发挥重要作用。然而，事情并非如此简单。单个mRNA可能受到多个miRNA的调控，而单个miRNA能够调控多个mRNA。mRNA与miRNA之间的串扰（crosstalk）是如此复杂，又如此迷人，引无数学者竞折腰。

miRNA争夺战

2011年，哈佛大学医学院的著名癌症遗传学家Pier Paolo Pandolfi教授在《Cell》杂志上提出假说，认为不同类型的RNA分子会争相与miRNA结合，从而减少miRNA对其mRNA目标的抑制作用1。

换句话说，当没有竞争性的转录本存在时，miRNA可能抑制翻译或增强mRNA的降解。当竞争性内源RNA（ceRNA）上调时，ceRNA争先恐后地与共同的miRNA结合，导致mRNA翻译的增加2。

这些竞争性内源RNA可能包括各种类型的RNA转录本，比如环状RNA（circRNA）、长链非编码RNA（lncRNA）、假基因以及蛋白编码mRNA。它们通过miRNA应答元件（MRE）介导的“语言”来竞争miRNA。根据假说，享有共同MRE的编码和非编码RNA转录本能够彼此积极地沟通，调节各自的表达水平。

自首次提出以来，Pier Paolo Pandolfi的假说就引起了科学界的轰动。当然，一些研究也对这一理论提出了质疑。在一篇近期发表于《Nature Review Genetics》的文章中，澳大利亚Garvan医学研究所的研究人员全面评估了支持和反对ceRNA假说的各项证据，以评估内源性miRNA海绵的影响3。

分子机制

mRNA、假基因、lncRNA和circRNA都可以充当ceRNA，阻止miRNA与蛋白编码mRNA的相互作用。因此，这些ceRNA也能在ceRNA网络中彼此调节。这种串扰的强度是由多个条件决定的，包括miRNA和目标的相对水平、miRNA结合位点的数量，以及miRNA与目标或ceRNA结合的强度。

mRNA作为ceRNA。在目前验证过的ceRNA中，大多数是mRNA，它们能够竞争miRNA的结合，从而调控基因表达。对于磷酸酶和张力蛋白同源基因（PTEN），一个推定的ceRNA是锌指E盒结合同源框2（ZEB2）mRNA。研究证明，ZEB2 mRNA能够隔离共享的miRNA而调控PTEN的表达。在人类黑色素瘤中，ZEB2表达的减弱导致抑癌基因PTEN被抑制。总之，蛋白编码转录本和编码基因的3’ UTR可能作为miRNA的内源性诱饵，从而调控miRNA的目标，发挥重要的生物活性。

lncRNA作为ceRNA。随着lncRNA的数量不断增加，越来越多的研究也开始关注lncRNA在表观遗传机制及其他生物学过程中的作用。作为天然的miRNA诱饵，lncRNA有望在转录后调控水平充当ceRNA。比如，肌肉特异的lncRNA LINCMD1通过与miR-133和miR-135结合，调节了肌肉分化。这些miRNA通常负向调节转录因子MAML1和MEF2C的表达。因此，LINCMD1作为miRNA诱饵，激活了MAML1和MEF2C。

假基因作为ceRNA。在转录组中，假基因也占了相当大的比例。测序显示，假基因内的核苷酸序列得到了很好的保留，这表明可能存在选择压力来维持这些遗传元件。假基因没有内含子，但与其祖先基因共享了5’和3’ UTR。过表达和RNAi实验证实，假基因PTENP1在转录后通过共享的miRNA调节了PTEN的表达。不过，目前只有极少数假基因经过了功能验证，还需要更多的证据来支持。

circRNA作为ceRNA。到目前为止，研究最多的circRNA是性别决定Y（SRY）基因产生的，但这些环状RNA的生物学功能还不清楚。最近，SRY被确定为miR-138的海绵，具有ceRNA活性，表明这些环状RNA可能在RNA调控网络中发挥重要作用。circRNA已在多种类型的组织中被鉴定出，它们耐受RNase R的处理，且半衰期比线性RNA转录本更长。因此，具有ceRNA活性的circRNA可能是串扰中的有效调节剂。

ceRNA与癌症

其他研究已经证明，ceRNA通过调节关键癌基因或抑癌基因的表达，在癌症发病中扮演重要的角色。

广东医学院的研究人员2015年在《Oncology Letters》上回顾了近期的研究，表明ceRNA在癌症发展中起作用4。例如，编码RNA和非编码RNA（如lncRNA和假基因转录本）都可以充当ceRNA，诱导细胞增殖失控。

CDC42是一个参与细胞周期的基因，它抑制增殖、集落形成和肿瘤生长。有人推测，CD44 mRNA和CDC42 mRNA竞相与miRNA结合。在上皮性卵巢癌中，CD44的表达上调让CDC42 mRNA从抑制中释放出来，从而导致结果向好的方向发展。与此相反，在Burkitt淋巴瘤、神经母细胞瘤和前列腺癌中，CD44表达的下降伴随着致癌转化。

同样地，HMGA2已被证明通过两种机制促进肺癌形成：作为蛋白编码基因和非编码RNA。HMGA2在转移性肺腺癌中高表达，它促进了癌症发生和转移。另外，HMGA2通过与TGF-β共受体TGFβR3争夺let-7，也促进了肺癌形成。let-7激活了参与肺癌发展的TGF-β信号通路。

此外，ceRNA也在细胞生长和增殖中发挥作用。例如，假基因PTENP1与PTEN竞争miRNA的结合，调节了特定miRNA目标的去阻遏。PTENP1的缺失使得PTEN-miRNA结合增加，降低了PTEN的翻译，从而导致肿瘤抑制功能减弱。PTENP1基因组拷贝数丢失的存在也支持了PTENP1是肿瘤抑制基因的假说。

调控相关——lncRNA（学习总结）

lncRNA现在这么红并非没有道理，它凭着自身强大而独特的调节功能而撑起了细胞生命领域里的半边天，而近年来与其相关的下游机制研究也是层出不穷。 lncRNA下游调节机制虽说是错综复杂，但通常离不了基因、转录、转录后、翻译、翻译后这五个层次。

1. 就基因水平而言，lncRNA与DNA甲基化间有着千丝万缕的关系。 而这种模型常见于lncRNA和甲基化转移酶（DNMT1、3等）结合，并将该酶定位至基因的启动子（CpG岛）以及甲基化，进而抑制基因转录。

（ps.这一部分跟我之前看的m6A的书可以联系上）

此外，位于核内的lncRNA还可直接结合DNA序列，抑制转录过程；又或者结合转录因子、RNA聚合酶复合物以及通过组蛋白修饰来影响转录过程。 （组蛋白修饰可以作为单独一门学科来研究）

而且lncRNA不仅能在核内大展拳脚，因着自由穿梭核内外的这份特性，它在胞浆内也是锋芒毕露。且不说大家耳熟能详的ceRNA，lncRNA还可通过mRNA的可变剪切、定位以及稳定性，来影响细胞内生理功能的行使。

2.另外， lncRNA也会促进pri-miRNA剪切 ，甚至有时其自身就亲自客串为miRNA的前体 ，在被剪切为miRNA后，来抑制靶基因mRNA的表达水平。常言道，技多不压身，一路开挂的lncRNA也顺道插手了蛋白翻译过程，要么结合mRNA 5’UTR,促进翻译；要么结合特定蛋白，靶向mRNA,抑制翻译；要么仰仗着sORF翻译多肽来自产自销。

lncRNA如此全能，也让蛋白质心痒不已。两者一拍即合，蛋白质的磷酸化修饰、定位等都在lncRNA的影响下有条不紊的进行着。

尽管以上种种就是lncRNA发挥功能的十八般武艺，但仍要谨记贪多嚼不烂，小伙伴们只需依据lncRNA的亚细胞定位（与调节功能有关）择其一认真练之，就必然会有所收获。

1.定位核内，先考虑附近100万bp内的基因表达是否有影响，有则为cis-顺式作用;反之，为trans-反式调控基因，就可依据RNA pulldown筛选与lncRNA结合的蛋白；

2.定位胞浆内，若结合RNA，首选ceRNA；若结合蛋白，则可考虑mRNA可变剪切、稳定性，调节基因翻译以及蛋白修饰等机制。

3.而就lncRNA分子机制研究的总体而言，始终是有两个主要策略贯彻其中。

1.? 以非编码RNA为对象入手，这是非编码RNA研究的常规套路。 从不同刺激或处理的转录组或表达组入手，先通过差异倍数和显著性，及非编码RNA的基因组定位信息等筛选功能性候选RNA分子；再通过正反功能以及细胞-动物实验进行二次验证。

该策略稳定可靠，风险性较小，而难点在于后期分子机制的研究上，若只涉及明星通路及相关蛋白，则是探讨了lncRNA的间接分子机制；但要想将文章拔高档次，还需以RNA-pulldown，RIP，ChIRP等实验技术确定lncRNA相互作用分子以及作用结合位点，来挖掘lncRNA的直接分子机制。

2.? 从某一个分子作用模式入手，恰恰反其道而行之。 先靶向一个重要的蛋白分子，比如信号转导分子、酶类或者转录因子等；或者一个细胞亚结构，如线粒体、外泌体等，通过RIP-seq或者RNA-seq检测其结合的或者包含的RNA，按照富集的倍数和显著性筛选候选RNA分子，后面通过siRNA或者高表达的方法筛选功能RNA。

该策略从课题设计开始就有着明确指向的功能分子机制，在后续的分子机制研究中比较方便展开；但难点是前期如何做好RIP-seq和细胞亚结构的有效分离，这是后续实验可靠性和可行性的重要保障。

两种策略在实验技术上有部分重叠，但也有各自独特的实验技术需求或数据分析策略。 不同策略适应于不同的课题和实验室背景，在选择的时候可以根据课题特点和实验室技术体系进行取舍。当然，两种策略也可以同时应用，相得益彰，相互作证，起到更好验证效果。

插入我十分珍藏的一张RNA之间的互作关系来收尾

再附赠多组学RNA研究的文章一篇：

https://doi.org/10.1155/2020/1618527

这篇帖子以解螺旋一篇文章作为框架，为表尊重，附上链接? ? https://www.sohu.com/a/206407974_170798

本文地址:http://www.dadaojiayuan.com/jiankang/298611.html.

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