lncRNA介紹專題：lncRNA與癌癥

簡介

長非編碼RNA（lncRNA）是一類長度長于200個核苷酸且沒有蛋白質編碼能力的RNA，其長度也是區分lncRNA和小調節RNA（如miRNA、siRNA和shRNA）的重要特征。正常情況下lncRNA可能表現出腫瘤抑制和促進（致癌）功能，當它表達改變可促進腫瘤發生和轉移。lncRNA與腫瘤細胞耐藥性、腫瘤診斷及預后具有顯著相關性。因腫瘤細胞內的lncRNA呈現一種異常狀態，對腫瘤細胞的生長分化起著非常重要的影響，因而lncRNA與癌癥之間的聯系則引起了研究者的廣泛興趣。

癌癥是一類與多種基因突變有關的復雜疾病，包括表觀遺傳改變、染色體易位、缺失和增加等。ncRNAs是由基因組編碼，但大多不被翻譯成蛋白質。雖然沒有翻譯，但ncRNAs在多種細胞中有至關重要的生理功能，特別是LncRNA， 參與了多種表觀遺傳復合物的調節過程，在調節染色質、基因表達、生長、分化和發育中有關鍵作用。超過75%的人類基因組是功能性的，并編碼了大量的ncRNAs。估計人類基因組編碼了超過28000個不同的LncRNAs，還有許多有待發現。了解這么多LncRNAs和它們的詳細的表征功能是一項具有挑戰性的任務，近幾年通過高通量測序，在各種癌癥中發現了成千上萬的LncRNAs的異常表達或突變。

2010年到2015年之間與癌癥相關的lncRNA的研究文章已由1000個增加至大約4,000個。而這些研究也已經證實了一些lncRNA與多種腫瘤的不良預后有關，而另一些lncRNA因其與腫瘤的臨床相關性而為了生物標志物（biomaker），還有一些lncRNA在多種人類癌癥中表達異常而與腫瘤的進展息息相關。例如，lncRNAs可以與多梳蛋白復合體結合來調控癌癥發生。PRC1和2是已知的致癌基因，能夠導致許多惡性腫瘤的發生。FAL1 lncRNA 與PRC1的亞基BMI1結合。在卵巢癌,FAL1被證明可以加快癌癥的進展和縮短病人的生存時間。FAL1與BMI1結合可阻止BMI1降解以穩定PRC1復合物，這可使PRC1占據和抑制p21等目標基因的啟動子,導致細胞周期失調和增加腫瘤發生的機會。 除了PRC復合物,lncRNAs還與SWI/SNF染色質重塑復合物有關，SWI/SNF是一類重要的依賴ATP的染色質重塑復合物,能夠改變核小體的高級折疊結構，干擾組蛋白與DNA結合，暴露啟動子序列的結合位點，使轉錄因子能與特異性啟動子序列結合，從而激活基因轉錄。Lnc TCF7在肝癌細胞(HCC)高表達，在肝癌干細胞的自我更新能力的維護中起重要作用。Lnc TCF7可以激活Wnt信號通路，通過結合和募集SWI/SNF復合物來與TCF7基因的啟動子結合激活基因的表達，這導致了肝癌腫瘤的發生。除此以外，lncRNAs還可以參與由DNA 甲基化、乙酰化等介導的基因轉錄過程來調控腫瘤發生過程。

表：腫瘤相關lncRNA（來源見文末）

表型特征

lncRNA控制癌癥的表型特征主要包括：細胞增殖、生長抑制、細胞移動、細胞永生化、血管再生、細胞活力。

lncRNA與生物大分子相互作用

1. lncRNA與染色質相互作用

Xist是雌性哺乳動物一個X染色體的轉錄沉默所需的一個長非編碼RNA。Mitchell Guttman及同事采用基于質譜的方法識別出與Xist直接發生相互作用的幾種蛋白，其中包括轉錄抑制因子SHARP。SHARP和另一個抑制因子HDAC3是胚胎干細胞中整個X染色體上“多梳”(polycomb)的轉錄沉默和由Xist介導的招募所必需的。

2. lncRNA與蛋白的相互作用

LincRNA-p21位于CDKN1A(p21)基因的上游,它的轉錄受到p53蛋白質的調控。在細胞受到DNA損傷時, p53蛋白質直接結合在lincRNA-p21的啟動子上,誘導lincRNA-p21的表達。產生的lincRNA-p21結合hnRNP-K,并改變其功能,參與p53依賴的凋亡應答途徑,下調部分基因,發揮負調控功能。有意思的是,最新研究證明在缺少RNA結合蛋白質HuR的情況下,細胞質中的lincRNA-p21更為穩定,并可以通過堿基互補原則,特異結合一些靶mRNA分子,使得這些mRNA從核糖體上脫落下來,從而抑制mRNA的翻譯。

3. lncRNA與RNA的相互作用

研究人員通過尋找相較祖細胞，在稱作角質細胞（keratinocyte）的分化表皮細胞中更高水平表達的RNAs，從而鑒別出了這一分子。他們發現角質細胞中的TINCR（“終末分化誘導非編碼RNA”簡稱，Terminal differentiation-induced non-coding RNA）表達水平比祖細胞中高150倍。為了弄清TINCR的作用，他們開發出了兩種新的測試：一種幫助研究人員鑒別RNA分子間的互作，另一種分析調控RNA與蛋白質伙伴的互作。隨著研究人員繼續鑒別出RNA分子所起的關鍵性調控作用，這樣的技術將變得越來越重要。研究人員將第一種方法命名為RIA-Seq，這種方法是將一種RNA互作分析與深度測序技術相結合鑒別TINCR的伙伴RNA。利用RIA-Seq，研究人員發現TINCR和它的伙伴RNA都具有一種相同的調控結合的短序列。且許多的伙伴RNA 編碼了分化過程必需的蛋白。這些保守的、互補的基序或許有助于TINCR配對并穩定它的信使RNAs伙伴。TINCR有可能以這種方式充當了與表皮分化相關的許多mRNAs的支架。第二種方法是利用一種芯片，研究人員讓TINCR與9,400種人類蛋白相接觸。他們發現其中一種稱作STAU1的蛋白強有力地結合了TINCR。過去并未顯示STAU1與表皮分化相關，然而研究人員發現阻斷STAU1活性，以與阻斷TINCR相似的方式阻止了分化。

進展

德克薩斯大學基因調控與表觀遺傳學研究實驗室的Arunoday Bhan等人不久前在Cancer Research雜志發表題為“Long Noncoding RNA and Cancer:A New Paradigm”的綜述文章，總結了前列腺癌、乳腺癌、肺癌、肝癌、胰腺癌、腎臟癌、結直腸癌、腦水腫、白血病、胃癌、卵巢癌、膀胱癌等12種癌癥中的相關LncRNA（下圖）。

腦腫瘤：H19，CRNDE，ADAMTS9-AS2，DISC2，MALAT1，POU3F3，MEG3, CASC2，TSLC1-AS1

白血病：CRNDE，HOTAIRM1，DLEU1，DLEU2，LUNAR1，BGL3，CCDC26，XIST，NEAT1，UCA1

肺癌：MALAT1，NEAT1，SPRY4-IT1，ANRIL，HNF1A-AS，UCA1，HOTAIR，GAS5，MEG3，CCAT1，MVIH，BANCR，PANDAR，EVADR，PVT1，H19，SOX2-OT

肝癌：HULC，Linc00152，HEIH，HOTTIP，HOTAIR，MALAT1，DILC，ZFAS1，MEG3，PRAL，LALR1，LET，MVIH，PCNA-AS，TUC338，UC001NCR

胰腺癌：H19，HOTAIR，HOTTIP，MALAT，GAS5，HULC，PVT1，LincRNA-RoR，AF339813，ENST00000480739，AFAP1-AS

腎臟癌：PVT1，LET, PANDAR，PTENP1，HOTAIR，NBAT1，LINC00963，MALAT1，SPRY4-T1，KCNQ1OT1，GAS5，RCCRT1，HIF1A-AS

結直腸癌：CCAT1，CCAT2，CCAT1-L，CRNDE,E2F4，HOTAIR，HULC，MALAT1，H19,FER1L4，TENP1，KCNQ1OT1，T-UCRs，UCA1

乳腺癌：HOTAIR，ANRIL，DANCR，NEAT1，HIF1A-AS，ZFAS1，XIST，HOTAIRM1，TOPORS-AS1，LSINCT-5

胃癌：UCA1，H19，GHET1，CCAT1，LINC00152，LSINCT-5，PTENP1，TUG1，HOTAIR，PVT1，GAS5，AA174084，GACAT2，FER1L4

卵巢癌：H19，LSINCT-5，XIST，HOST2，NEAT1，HOTAIR，PVT1，CDKN2BAS，CCAT2，BC200

膀胱癌：UCA1，UCA1a，HOXD-AS1，TUG1，ncRAN，H19，MALAT1，GHET1，lincRNA-p21，MEG3，SPRY4-IT1，linc-UBC1

前列腺癌：PCAT1，PCAT6，PCAT18，PCA3，PCGEM1，MALAT1，PVT1，LincRNA-p21，PRNCR1，CTBP1-AS，TRPM2，SCHLAP1