非編碼RNA之lncRNA最新研究進展

本文系生物谷原創編譯，歡迎分享，轉載須授權！

谷 君 說

長鏈非編碼RNA(long noncoding RNA，lncRNA)是一類不編碼蛋白的RNA分子，長度在200bp以上；研究表明，lncRNA具有保守的二級結構，可以與蛋白、DNA和RNA相互作用，參與多種生物學過程的調控。

非編碼RNA之lncRNA最新研究進展

文/towersimper

國際著名的非編碼RNA資料庫NONCODE中顯示，目前人類和小鼠的長非編碼RNA基因的數目分別為56018和46475個。

lncRNA的表達水平相對於編碼蛋白的基因一般比較低。多數lncRNA雖然不直接參与基因編碼和蛋白質合成，但在基因組印記、染色質修飾、基因轉錄後調控、剪切和修飾等過程中發揮著非常重要的功能，也在很多生命活動中均起著舉足輕重的作用。它們與疾病的發生髮展、診斷治療密切相關，迅速成為當今分子生物學最熱門的前沿研究領域之一。另外，lncRNA的亞細胞位置上也呈多樣化，在細胞核、細胞質和細胞器均有分布，甚至某些lncRNA具有獨特的亞細胞位置，有可能是全新的亞細胞構成。

Nature：揭示哺乳動物器官中lncRNA在發育期間的動態變化

這些研究人員描述了lncRNA在不同發育階段的表達模式，並發現許多隨著時間的推移具有動態表達模式lncRNA表現出功能豐富的特徵。他們還發現在發育期間，廣泛表達的和保守的lncRNA向越來越多的譜系和器官特異性的lncRNA轉變。

Nat Commun：發現治療前列腺癌的關鍵分子開關

doi:10.1038/s41467-019-09784-9

威爾莫特癌症研究所的科學家們相信，他們已經找到了一種治療晚期前列腺癌的常用藥物在四五個月後常常失效的原因，這種藥物似乎具有雙重功能，後來會把癌症變成一個無情的侵略者。通訊作者Chawnshang Chang博士和他的同事描述了恩雜魯胺（enzalutamide）是如何在不經意間引起有害的轉化的，他們相信他們已經發現了一種阻止這種轉化發生的方法，至少在老鼠身上是這樣的。這項研究由羅切斯特大學生物系的研究生Jie Luo領導，發表在《Nature Communications》雜誌上。

對於患有去勢抵抗性前列腺癌且不再對化療有反應的男性來說，恩雜魯胺可以將生存期平均延長5個月。2018年，FDA還批准了這種藥物用於治療尚未擴散的去勢抵抗性前列腺癌患者。但是恩雜魯胺會引起副作用。最糟糕的影響之一是神經內分泌分化(NED)，即前列腺腫瘤中神經內分泌細胞的增加。大量的NED細胞使腫瘤對治療產生抗藥性。

Chang和Luo發現非編碼RNA-p21是誘導神經內分泌分化的主要原因，因為IncRNAp-21可以改變關鍵基因EZH2的功能。他們還表明IncRNAp-21在NED前列腺腫瘤中高表達。儘管目前還沒有臨床試驗可以阻斷分子開關，但Chang的實驗室已經發現了一種小分子藥物，這種藥物似乎對小鼠有效；其他地方的研究人員也發現了類似的藥物，但還需要進一步的研究。

PNAS：驅動HIV存儲庫細胞自我毀滅有望開發出新型HIV療法

doi:10.1073/pnas.1818662116

儘管當前的HIV療法能夠成功控制病毒的活動性感染，但HIV能在組織儲存庫（包括巨噬細胞）中長久存活，而這很顯然是一個持久性的問題；近日一項刊登在國際雜誌PNAS上的研究報告中，來自康乃爾大學的科學家們通過研究找到了一個攻擊HIV的新方向，其或能在不影響機體健康細胞的情況下，有選擇性地清除HIV病毒儲存庫細胞。

文章中，研究者描述了名為SAF的遺傳調節子如何幫助HIV感染的巨噬細胞免於細胞死亡的，當阻斷感染HIV的細胞中SAF的功能時，研究者發現，這些病毒儲存庫細胞會自我破壞，研究者對這些細胞死亡的特異性感到非常驚訝，只有受感染的細胞會發生死亡，而處於相同劑量及相同療法的旁觀者細胞則不會完全死亡。

這項研究中，研究人員想通過研究調查哪些細胞機制能夠幫助維持受感染的巨噬細胞存活，隨後他們將注意力轉移到了對長鏈非編碼RNAs (lncRNAs)進行研究，這類遺傳編碼元件能幫助開啟或關閉基因表達，但並不會直接翻譯為蛋白質；研究者非常感興趣研究lncRNAs，因為其是細胞通路的主要調節子，而且並未對HIV感染進行系統性地研究。研究人員對三類不同的人類巨噬細胞中90個具有特性的lncRNAs進行篩選研究，這三類巨噬細胞包括健康細胞、HIV感染細胞、旁觀者細胞（bystander cells），旁觀者細胞是暴露於HIV但並未受到感染的細胞。

研究者發現，在HIV感染的巨噬細胞中，名為SAF的lncRNA明顯被上調了，而且此前研究結果表明，SAF能抑制細胞凋亡；因此研究者推測，SAF或能保護HIV感染的巨噬細胞免於死亡。為了證實這一猜測，研究者利用siRNA（小型感染RNA）阻斷了SAF的功能，siRNA能選擇性地降解RNAs（比如SAF），隨後研究者在上述三類細胞中沉默了SAF的表達，結果發現，HIV感染的細胞會突然發生自我毀滅，而健康細胞和旁觀者細胞則並不會受到影響。

Cell Rep：癌細胞通過微小囊泡選擇性地輸出多種類型的長鏈RNA

doi:10.1016/j.celrep.2018.09.054

在一項新的研究中，美國范德堡大學的James G. Patton博士及其同事們研究了結直腸癌細胞如何能夠以一種受到嚴格調節的方式分泌長鏈RNA。相關研究結果發表在2018年10月16日的Cell Reports期刊上，論文標題為「Diverse Long RNAs Are Differentially Sorted into Extracellular Vesicles Secreted by Colorectal Cancer Cells」。

這些作者之前已展示了分泌的短鏈RNA如何有助於其他的癌細胞生長和擴散。在這項新的研究中，他們證實結直腸癌細胞能夠以特定的方式分泌編碼蛋白的長鏈RNA或者不編碼蛋白的長鏈RNA（lncRNA）。

在KRAS基因發生突變的結直腸癌細胞中，許多分泌的微小囊泡將編碼Rab13蛋白的mRNA遞送給新細胞。Rab13可能在調節微小囊泡分泌哪些RNA中發揮作用，此外它也經常在抵抗放射治療的細胞中發現到，因此它可能有助於讓癌細胞更具侵襲性。

最後，在結直腸癌細胞以微小囊泡的形式分泌RNA並將它們遞送給新細胞的過程中，為了檢測長鏈RNA的功能性轉移，這些作者利用基於CRISPR/Cas9的RNA追蹤系統監測了長鏈RNA到新細胞的遞送。他們證實含有來自分泌的長鏈RNA的輸出信號的嚮導RNA（gRNA）能夠從分泌這些長鏈RNA的細胞轉移動接受它們的新細胞中。這些數據支持癌細胞通過一種新的細胞機制選擇性輸出多種類型的長鏈RNA。

Cell Death＆Disease：lncRNA結合miRNA促進結腸癌增殖和轉移

在這項研究中，研究人員發現SNHG7的表達在結直腸癌組織中顯著上調，特別是在一些惡性程度更高的病例中。與之相一致的是，SNHG7在結直腸癌細胞系中的表達水平也顯著高於正常的結腸細胞。研究結果進一步表明，SNHG7的過表達能夠促進結直腸癌細胞的增殖，遷移和侵襲，而在缺少SNHG7的情況下癌細胞的侵襲和存活能力受到顯著抑制。

研究人員發現敲低SNHG7能夠抑制GALNT1和上皮間充質轉化標誌物（E-cadherin和Vimentin）的表達，更為重要的是，他們發現SNHG7能夠與miR-216b直接結合，miR-216b的下調可以有效逆轉SNHG7敲低誘導的對GALNT1的抑制。除此之外，過表達SNHG7還可以顯著增強SW480細胞在體內的腫瘤形成能力和肝臟轉移能力。SNHG7能夠通過結合miR-216b正向調節GALNT1的水平，在結直腸癌的進展過程中發揮癌基因作用。

Cancer Res：清華大學學者揭示lncRNA促進前列腺癌新機制

doi:10.1158/0008-5472.CAN-18-0688

長鏈非編碼RNA（lncRNA）是長度大於200nt不編碼蛋白質的RNA，起初認為lncRNA是基因組轉錄的「噪音」，不具有生物學功能，但近年來研究表明lncRNA參與染色體沉默、染色質修飾、轉錄激活和轉錄干擾等多種功能。長非編碼RNA NEAT1（nuclear enriched abundant transcript 1）能夠調節多種癌症相關的細胞活動，包括細胞增殖，凋亡和遷移，但與前列腺癌的關係仍然沒有得到深入的了解。

在一項新的研究中，來自清華大學的研究人員證實抑制NEAT1能夠誘導DNA損傷，干擾細胞周期並使前列腺癌細胞的增殖發生暫停。他們首先對TCGA（The Cancer Genome Atlas）的前列腺癌腫瘤轉錄組數據進行挖掘，發現了一系列轉錄因子對靶基因的調控活性都依賴於NEAT1的表達水平。

CDC5L是其中一個轉錄因子，能夠與NEAT1直接結合。研究人員發現在前列腺癌細胞中沉默NEAT1能夠抑制CDC5L的轉錄活性，RNA-seq和ChIP-seq的分析結果進一步揭示了許多受CDC5L調控的潛在靶點，都受NEAT1表達水平的影響。其中一個靶點——ARGN，能夠介導NEAT1表達水平下降後產生的強烈表型，包括DNA損傷，細胞周期紊亂以及增殖過程的暫停。

Hepatology：乙肝病毒上調LncRNA促進肝臟腫瘤發生

doi:10.1002/hep.30098

最近一些研究表明許多lncRNA在肝細胞癌中出現失調，lncRNA的異常表達與腫瘤發生和不良預後都存在相關性。為了發現H乙型肝炎病毒（HBV）相關的lncRNA，來自中國科學院微生物研究所的研究人員使用RNA深度測序對HepG2細胞和HBV轉基因的HepG2-4D14細胞的lncRNA的丰度進行量化，他們發現lnc-HUR1在HepG2-4D14細胞中顯著上調並對其功能和機制進行了深入研究。相關研究結果發表在國際學術期刊Hepatology上。

研究人員發現HBV編碼的HBx能夠增強lnc-HUR1的轉錄，過表達lnc-HUR1能夠促進細胞增殖，而敲低lnc-HUR1則會抑制細胞生長。進一步的機制研究表明lnc-HUR1能夠與p53發生相互作用並抑制其對下游基因的轉錄調控，比如p21和Bax。研究人員構建了lnc-HUR1轉基因小鼠並進行肝臟部分切除以檢測肝臟的再生能力，結果表明在切除後2天和3天進行檢測，發現lnc-HUR1轉基因小鼠的肝臟/體重比例比野生型小鼠更高，並且BrdU染色結果也表明lnc-HUR1轉基因小鼠的BrdU陽性細胞比例顯著高於野生型小鼠，提示lnc-HUR1能夠在肝再生過程中促進細胞增殖。

研究人員還進行了DEN誘導肝腫瘤實驗，結果證明lnc-HUR1轉基因小鼠的腫瘤數目也高於對照小鼠，表明lnc-HUR1能夠增強DEN誘導的腫瘤發生過程。

Oncogene：南京醫科大學學者發現促進胃癌進展的重要lncRNA

doi:10.1038/s41388-018-0308-y

來自南京醫科大學第一附屬醫院的束永前等人對在胃癌中發揮重要調控作用的lncRNA進行了深入分析，並對FOXD2-AS1在胃癌進展中發揮的功能以及調控的相關生物學機制進行了深入了解。相關研究結果發表在國際學術期刊Oncogene上。

研究人員通過深度分析發現FOXD2-AS1在胃癌中顯著上調並且與腫瘤大小，癌症發展階段和不良預後存在正相關關係。他們又對GEO資料庫進行基因富集分析，結果表明與細胞周期和DNA複製相關的基因在FOXD2-AS1高表達的病人中存在顯著富集。功能研究表明FOXD2-AS1功能缺失能夠通過抑制胃癌細胞的細胞周期進程抑制細胞生長，而FOXD2-AS1的表達上調能夠促進癌症進展。

進一步的研究表明甲基轉移酶EZH2和去甲基化酶LSD1能夠與FOXD2-AS1結合併可以對其進行功能的調節。從機制上來說，FOXD-AS1通過EZH2和LSD1介導EphB3下調促進胃癌發生。這些結果表明在胃癌發生過程中FOXD2-AS1可以通過與EZH2和LSD1發生直接相互作用抑制EphB3發揮腫瘤誘導因子的作用，因此該分子或可成為檢測癌症發生的新標誌物。

Cell:開發出基於CRISPR的方法研究lncRNA的功能

doi:10.1016/j.cell.2018.03.052

如今，在一項開創性的研究中，來自美國貝絲以色列女執事醫學中心等研究機構的研究人員開發出一種新方法來鑒定和確定lncRNA在急性髓細胞白血病（AML）對化療藥物產生耐藥性中所起的功能作用。這種新技術將來自公開可獲得的藥理學資料庫的信息與前沿的CRISPR技術相結合，篩選影響治療反應的編碼基因和非編碼基因。總而言之，這種全基因組篩查平台可用於鑒定和確定與許多健康情況相關的lncRNA的功能。相關研究結果發表在2018年4月19日的Cell期刊上，論文標題為「An Integrated Genome-wide CRISPRa approach to Functionalize lncRNAs in Drug Resistance」。論文通信作者為貝絲以色列女執事醫學中心的Pier Paolo Pandolfi教授。

Pandolfi和同事們著重關注控制阿糖胞苷（Cytarabine, Ara-C）耐藥性的遺傳學特徵。阿糖胞苷是治療AML的一種金標準化療藥物，然而30%～50%的AML患者會產生耐藥性。在這項多步驟研究的第一階段，這些研究人員將來自兩個公開可獲得的資料庫---癌症靶點發現與開發（Cancer Target Discovery and Development）資料庫和癌細胞系百科全書（Cancer Cell Line Encyclopedia）資料庫---的信息進行交叉參考，以便鑒定出似乎與760種不同的細胞系對阿糖胞苷的敏感性和耐藥性相關的基因。

論文第一作者、Pandolfi實驗室博士後研究員Assaf Bester博士說，「我們已知道哪些細胞系對這種藥物敏感，哪些細胞對它不敏感。通過研究哪些基因可能在敏感性的細胞系和耐藥性的細胞系中偏好地表達或受到抑制，我們能夠預測哪些基因會促進耐藥性產生。我們也可通過查看AML患者反應率數據來尋找可能與較差的存活率相關的基因。」

Pandolfi說，「如果我告訴你某個基因參與介導化療藥物耐藥性，那麼你可開展文獻檢索，找出關於這個基因的一些已知的信息，並提出你自己的假設。不過就非編碼基因而言，沒有什麼文獻可進行搜索。它們都是新的基因，而且我們僅是不知道它們發揮何種功能---它們的功能並未被描述過。」

為此，Pandolfi和同事們將生物信息學研究工作轉移到體內測試。他們進行基於CRISPR的高通量篩選，以便獨立地評估哪些基因可能決定著阿糖胞苷耐藥性。這種CRISPR技術允許這些研究人員一次分析成千上萬個編碼基因和lncRNA，並可激活感興趣的基因。這些研究人員隨後利用阿糖胞苷處理細胞來觀察這些基因如何作出反應。基因富集的喪失表明它在藥物敏感性中發揮作用; 增強的基因富集意味著它介導耐藥性。

Nat Commun：基於RNA分子的新型療法有望治療肺癌

doi:10.1038/s41467-018-03265-1

近日，一項刊登在國際雜誌Nature Communications上的研究報告中，來自瑞典的科學家們表示，通過降低特殊RNA分子的活性就能使得小鼠肺部腫瘤縮小40%至50%，這或許是研究中的冰山一角，此外研究人員還從14類不同癌症中鑒別出了633個新型的生物標誌物。

文章中，研究人員闡明了長鏈非編碼RNA分子如何影響機體腫瘤的發育，這些分子是此前被分類為垃圾DNA的基因組中的一部分所產生的，研究人員發現這些RNA分子能夠調節細胞分裂的能力。目前支持這項研究結果的證據是非常廣泛的，研究人員對16種不同類型的癌症進行研究，其中包括6419份實體瘤，同時以701份正常組織為對照進行研究，研究人員的目的在於鑒別在細胞分裂期間處於活性狀態的長鏈非編碼RNA分子。

利用一種內部開發的新技術及現代的RNA測序技術，研究人員鑒別出了570個長鏈非編碼RNA分子，依賴於不同的癌症類型這些RNA分子會進行不同程度地表達，同時研究者還發現，利用633種新型獨立生物標誌物就能預測和治療14種類型的癌症，相關研究結果對於全球各地的癌症研究人員都非常重要。

PNAS：供血不足？請找lncRNAs幫助血管生長！

doi:10.1073/pnas.1715182115

一項近日發表的新研究發現一個新發現的基因可以在感受到組織血流不足的情況下幫助長出新血管。這項研究發表在《PNAS》上，由聖邁克爾醫院生物醫學科學研究中心的Philip Marsden博士及其實驗室研究者Jeffrey Man博士領導完成。

Marsden博士實驗室主要研究內皮細胞——圍在血管壁內的一層細胞。在這項研究中，他們研究了一組新的基因——長非編碼RNAs（lncRNAs）。所有細胞中都有RNA，傳統觀點認為它的主要工作是攜帶DNA信息翻譯成蛋白質。但是lncRNAs有其他的功能，包括決定單個細胞在器官中扮演的最終角色。研究lncRNA給予了研究人員新機會找出可以幫助病人診斷的新的生物標記物和測試。

Man博士說，這項研究是第一次發現哪些lncRNAs在內皮細胞中更豐富。他們計劃將這些信息公開，供給其他研究人員使用。

隨後他們發現其中一個lncRNAs——STEEL負責感受微血管中的血流供應。Man說道，「很有趣的是STEEL幫助我們的身體對血供不足產生反應，會幫助長出更多的新血管。這些結果表明我們的身體就像我們需要的一樣具有很優異的調節功能，同時也表明擾亂這種平衡會造成疾病。這些數據將進一步幫助我們加深對血管疾病的認識，並幫助我們找到改善傷後修復的方法。」

Nat Med：新研究發現無用的自私基因可以預防心臟病！

doi:10.1038/nm.4479

科學家們已經發現了一個基因，可能在預防心臟病中發揮重要保護作用。他們的研究發現基因MeXis在動脈栓塞組織中的關鍵細胞內幫助清除來自血管的過量膽固醇。這項研究發表在《Nature Medicine》上，由UCLA領導的研究團隊在小鼠實驗中發現MeXis控制著一個關鍵蛋白的表達，該蛋白可以將動脈血管壁上細胞內的膽固醇泵出細胞。

MeXis是自私基因的一個範例，自私基因是指一類不會產生蛋白因此被認為沒有功能的基因。然而近年來的研究發現儘管這類無用的基因不會產生蛋白質，但是它們可以通過產生長非編碼RNAs（lncRNAs）發揮重要的生物學功能。

「這項研究告訴我們lncRNAs對於涉及心臟病發展的細胞的內部功能很重要。」該研究通訊作者、UCLA大衛格芬醫學院病理學和實驗醫學Frances and Albert Piansky教授Peter Tontonoz博士說道。「考慮到許多和MeXis一樣的基因具有完全未知的功能，我們的研究表明進一步探索其他lncRNAs如何發揮功能將為正常生理學及疾病帶來新的認識。」

在這項研究中，研究人員發現缺失MeXis的小鼠血管堵塞的概率是正常小鼠的兩倍。此外，增加MeXis表達可以使細胞更有效地清除過量膽固醇。

Diabetes：北大學者發現影響肝臟糖脂代謝的新lncRNA

doi:10.2337/db17-0799

RNA不僅承擔遺傳信息中間載體的角色，還承擔著各種調控功能，長非編碼RNA（LncRNA）在發育和基因表達中發揮著複雜精確的調控功能。哺乳動物的基因組能夠編碼許多LncRNA但大部分LncRNA的功能仍然未知。最近一項研究發現了一個新的LncRNA在調節肝臟糖/脂質代謝方面的作用和機制，這個LncRNA叫做LncSHGL（LncRNA Suppressor of Hepatic Gluconeogenesis and Lipogenesis）。相關研究結果發表在國際學術期刊Diabetes上。

在這項研究中，研究人員發現在肥胖小鼠和非酒精性脂肪肝病人的肝臟中小鼠LncSHGL及其人類同源分子LncRNA B4GALT1-AS1的表達水平都存在下降。重新恢復肥胖糖尿病小鼠肝臟中LncSHGL的水平能夠使高血糖症、胰島素抵抗和肝臟脂肪變性得到改善，抑制肝臟LncSHGL能夠促使正常小鼠出現高血糖症和肝臟脂肪沉積。在肥胖小鼠肝臟中過表達LncSHGL還可以增加Akt磷酸化水平，抑製糖異生和脂肪合成基因的表達，而在正常小鼠肝臟中抑制LncSHGL表達則表現出相反的表型。

從機制上來說，研究人員發現LncSHGL招募hnRNPA1來增強CALM mRNA的翻譯效率增加CaM蛋白水平，不影響其轉錄，這會導致PI3K/Akt信號途徑的激活抑制mTOR/SREBP-1c途徑，並且不依賴肝臟細胞中的胰島素和鈣信號。肝臟中過表達hnRNPA1也會激活CaM/Akt信號途徑，抑制mTOR/SREBP-1c途徑改善肥胖小鼠的高血糖症和肝臟脂肪變性。

Nat Commun：神技能！僅通過操控單一RNA分子就足以逆轉機體細胞衰老！

核糖核酸分子（RNA分子）主要負責細胞中蛋白質的產生，然而一類名為非編碼RNA的特殊RNA分子卻並不會翻譯成為蛋白質分子，實際上，從2001年科學家們開始對人類基因組進行圖譜繪製時，他們就知道人類基因組中實際上僅有大約2%的RNA會被翻譯成為蛋白質。

如今在這項最新研究中，研究人員Bruno de Jesus及其同事利用遺傳修飾的小鼠模型來研究細胞老化和再生的過程，他們發現，相比年輕小鼠的細胞而言，衍生自老年小鼠機體皮膚的細胞能夠產生大量名為Zeb2-NAT的長鏈非編碼RNA分子，通過降低機體中這類特殊RNA分子的水平，研究人員或許就有望有效再生老化的細胞。

Cell：新突破！抑制THOR表達有望阻止癌症產生

doi:10.1016/j.cell.2017.11.040

在一項新的研究中，來自美國密歇根大學綜合癌症中心的研究人員在研究人基因組中之前未被探究的區域---人基因組中的暗物質，或者說非編碼的DNA序列---時，發現了一個他們稱之為THOR的新基因。相關研究結果發表在2017年12月14日的Cell期刊上，論文標題為「Oncogenic Role of THOR, a Conserved Cancer/Testis Long Non-coding RNA」。

這些研究人員描述了一種在人類、小鼠和斑馬魚中表達的長鏈非編碼RNA（lncRNA）。不同尋常的是，這種類型的RNA在整個物種中是保守的。他們的想法是如果lncRNA在除人類之外的動物物種中發揮作用，那麼它必須是比較重要的。

論文通信作者、密歇根大學病理學教授、密歇根大學密歇根轉化病理學中心主任Arul Chinnaiyan博士說，「進化上保守的基因對生物學過程可能是比較重要的。我們發現THOR是一個高度保守的lncRNA的事實是激動人心的。鑒於我們認為它經過進化選擇而具有重要的功能，我們選擇著重關注它。」

事實上，這些研究人員發現這種特定的lncRNA在癌症產生中發揮著作用。通過基因手段將它敲除能夠阻止腫瘤生長。這是首次鑒定出和描述THOR。THOR的全稱是睾丸相關的高度保守的致癌性lncRNA（Testis-associated Highly-conserved Oncogenic long non-coding RNA）。

- End ▎生物谷 Bioon.com -

想要了解更多資訊內容，

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！