lncRNA完成版教学讲解课件.ppt

1、.1长链非编码RNARNA.2OutlineslncRNA的定义lncRNA的来源lncRNA的分类lncRNA的功能及作用分析lncRNA对基因的调控lncRNA与临床疾病.3A.是一类转录本长度超过 200 nt(核苷酸单位)的功能性 RNA 分子1;B.位于细胞核或胞质内;C.它们缺乏编码蛋白的能力;D.以 RNA 形式在多种层面上(如表观遗传学、转录调控及转录后调控等方面)调控基因的表达水平。lncRNA的定义.4OutlineslncRNA的定义lncRNA的来源lncRNA的分类lncRNA的功能及作用分析lncRNA对基因的调控lncRNA与临床疾病.5 编码蛋白质的基因结构发生

2、中断而转变成 lncRNAs.6染色质重组的结果，即两个未转录的基因与另一独立的基因并排重组而产生含多个外显子的 lncRNAs.7非编码基因复制过程中的反移位产物.8 局部的串联复制子邻近产生.9 基因组中插入一个转座成分而产生有功能的非编码 RNA.10OutlineslncRNA的定义lncRNA的来源lncRNA的分类lncRNA的功能及作用分析lncRNA对基因的调控lncRNA与临床疾病.11据其在基因组上相对于蛋白编码基因的 位置 antisensesense intergenicbidirectionalintronic.12OutlineslncRNA的定义lncRNA的来源

3、lncRNA的分类lncRNA的功能及作用分析lncRNA对基因的调控lncRNA与临床疾病.135/19/2023lncRNA 起初人们认为RNA聚合酶转录的副产物无生物学功能 基因转录的“噪音”JUNK DNA!lncRNA的功能.145/19/2023近期研究表明众多lnc RNAlnc RNA具有多种生物学功能 1.1.参与X X染色体沉默、基因组印记、染色质修饰、转录激活、转录干扰、核内运输等多种重要调控过程。2.2.以多种模式保护蛋白编码基因:如受到严格的功能限制以保护编码基因的开放式可读框(ORF);(ORF);或表现为基因序列的较短延伸,以保护功能域和结构。lncRNA的功能.

4、155/19/20233.Lnc RNA3.Lnc RNA含有高效的关键序列,类似于启动子等调控因素,具有比蛋白质更敏感的结构功能限制。4.4.一些进化后的人类基因保守区域可被转录成lncRNA,lncRNA,如HAR18,HAR18,在大脑皮质发育阶段早期神经元内表达。lncRNA的功能.165/19/20235.5.研究显示,哺乳动物基因组序列中1%1%产生的转录本是可编码蛋白,而有4%9%4%9%产生的转录本是lnc lnc RNA,RNA,其中许多 lnc RNAlnc RNA仅在特定的发育阶段出现,或具有组织或细胞特异性,还有很多lnc RNAlnc RNA具有保守的二级结构、剪切形

5、式以及精确的亚细胞定位。6.Lnc RNA6.Lnc RNA既有顺式调控作用，又有反式调控作用。lncRNA的功能.175/19/20231 1、在编码蛋白基因的上游启动子区转录,从而干扰邻近蛋白编码基因的表 达(如酵母中的SER3SER3基因 ););2 2、抑制RNARNA聚合酶,或介导染色质重构和组蛋白修饰,而影响基因表达;3 3、与编码蛋白基因的转录本形成互补双链,进而干扰mRNAmRNA的剪切,产生不 同的剪切形式;4 4、与编码蛋白基因的转录本形成互补双链,在DicerDicer酶作用下产生内源性 的siRNA(siRNA(小干扰RNA),RNA),调控基因的表达水平;5 5、结合

6、在特定蛋白质上调节相应蛋白的活性;6 6、作为结构组分与蛋白质形成核酸蛋白质复合体;7 7、结合在特定蛋白上从而改变该蛋白的胞质定位;8 8、可作为小分子RNA(RNA(如miRNAmiRNA、piRNApiRNA、mascRNA)mascRNA)的前体分子（如图）。lnc RNA的作用方式.185/19/2023.19OutlineslncRNA的定义lncRNA的来源lncRNA的分类lncRNA的功能及作用分析lncRNA对基因的调控lncRNA与临床疾病.205/19/2023 目前发现的参与哺乳动物基因活动的lnc RNAlnc RNA已有上千个,其调控基因表达的机制存在共性。一般来

7、说,lnc RNA,lnc RNA主要从3 3个层面实现对基因表达的调控。调控基因表达其他转录调控表观遗传学转录后调控.21一、表观遗传调控 5/19/2023 哺乳动物lncRNAlncRNA介导的表观遗传改变的研究最早源于基因组印记(genomic printing)(genomic printing)和X X染色体失活 (X chromosome inactive)(X chromosome inactive)两个方面,分别与H19H19和XistRNAXistRNA密切相关。近十年研究证实lncRNAlncRNA与表观遗传调控密切相关,并且发现了许多新的与基因调控有关lncRNAlnc

8、RNA。.221.基因组印记 2.X染色体失活.231.1.基因组印记 5/19/2023 基因组印记,通常为共价标记的DNADNA甲基化 (也可以是非共价标记,如DNA-DNA-蛋白质和DNA-RNADNA-RNA交互作用,核基因组定位等),),还包括组蛋白乙酰化、甲基化等修饰。虽然印记基因只占人类基因组的不到5%,5%,但在胚胎、胎儿的生长和出生后的发育中却起着至关重要的调节作用,对行为和大脑的功能也有很大的影响。.245/19/2023 DNA DNA 甲基化参与基因印记的建立和维持,它发生在生殖细胞的印记控制区 (ICR)(ICR)。目前对这一领域的研究基本上是针对两个基因印记区:17

9、17号染色体近端的IGF2IGF2受体(Igf2r)(Igf2r)区和7 7号染色体远端的Kcnq1Kcnq1区,lncRNA lncRNA 在这些印记位点发挥重要作用。LncRNA LncRNA 在印记区介导等位基因沉默。.255/19/2023 目前已知的是,高达半数的哺乳动物基因都能转录,而其中大部分转录产物是非编码RNARNA2121(包括lncRNA),lncRNA),已有个别lncRNAlncRNA被证明参与调控印记基因表达。小鼠1717号染色体的Igf2rIgf2r区是第一个被证实的可转录为lncRNAlncRNA的位点。.262 2、X X 染色体失活5/19/2023。X X

10、染色体失活的选择和起始发生在胚胎发育的早期这一过程被X X失活中(X-inactivation center,XIC)(X-inactivation center,XIC)所控制,是一种反义链转录调控模式。X X 染 色 体 失 活 是 由 标 志 性 的 约 1 7 k b1 7 k b 大 小 的lncRNAlncRNAXistXist顺式作用介导,它在哺乳动物的X X染色体失活中非常重要。.275/19/2023 Xist(X inactive specific transcript)Xist(X inactive specific transcript)介导的X X染色体失活的特征总结

11、来说就是丧失激活性的组蛋白修饰(如乙酰化)而获得抑制性的组蛋白修饰(如H3K27H3K27的三甲基化),),导致失活染色体上的许多CpGCpG岛启动子甲基化,失活的染色体依旧持续合成Xist,Xist,以维持本身的失活状态。但有活性的X X染色体如何阻止XistRNAXistRNA的结合机制还不明确。.285/19/2023 另有研究报道:X:X染色体失活尚存在另一机制,即与一种调控性小非编码RNARNA有关。XistXist和反义链转录本TsixTsix退火复性后可形成一RNARNA二聚体,在DicerDicer酶作用下,被加工剪切成约24-42nt24-42nt大小的调控性siRNA,si

12、RNA,这一机制对于失活的X X染色体上的抑制性异染色质的修饰是必需的,因为X X染色体失活过程中组蛋白、赖氨酸和三甲基色氨酸等都需要这些siRNA,siRNA,并且X X染色体激活时X X istist启动子区的CpGCpG岛甲基化也需要它们。.295/19/2023 以上机制或许可以推测lncRNAlncRNA和RNARNA在染色质重塑方面的作用与联系,同时提示RNARNA调控存在着一个更为复杂的、交互的网络。.30二、转录调控 5/19/2023 LncRNA LncRNA 能够通过多种机制在转录水平进行调控,表现在如下两个方面：1.LncRNA1.LncRNA的转录可以干扰邻近基因的表

13、达。2.LncRNA 2.LncRNA 可作为共因子调节转录因子的活性。.311.LncRNA 的转录可以干扰邻近基因的表达5/19/2023 人类细胞中的细胞周期蛋白D1(CCND1)D1(CCND1)的表达,DNADNA损伤信号诱导该基因启动子上游一段lncRNAlncRNA的表达,它可调节RNARNA结合蛋白-TLS-TLS的活性,接着TLSTLS抑制CREBCREB结合蛋白和p300p300的活动,进而使CCND1CCND1基因的表达沉默.322.LncRNA可作为共因子调节转录因子的活性5/19/2023 例如,小鼠的一段lncRNA-Evf2转录自一段超保守的远端增强子,它可与转录

14、因子DLX2形成转录复合体,并结合至一个增强子上,从而诱导邻近蛋白编码基因DLX6的表达。通过与影响启动子选择的抑制性复合物相互作用,封锁启动子区域来调控RNA聚合酶(RNA P)的活动从而干扰基因表达,这可能是存在于真核细胞染色体上的上千种三倍体复合物结构控制启动子作用的普遍机制。.33三、转录后调控 5/19/2023 LncRNALncRNA在转录后水平可与mNRAmNRA形成双链RNARNA复合物,以掩盖mRNAmRNA的主顺式作用元件,从而调控基因表达。例如,lncRNA-Zeb2(,lncRNA-Zeb2(即Sip1)Sip1)能够和HOXHOX位点转录的mRNAmRNA的一 个内

15、含子的5 5端剪切位点形成双链2626,从而防止该内含子被剪切(图2E)2E)。该区域含有对于Zeb2Zeb2蛋白表达所必须的核糖体结合点,Zeb2,Zeb2通过这种方式能够提高Zeb2Zeb2蛋白的表达量。这一例子说明lncRNAlncRNA可以指导mRNAmRNA亚型的选择性剪接。.345/19/2023 另外,lncRNA,lncRNA的复性(退火)具有靶向作用,使蛋白受体复合物能够识别正义链mRNAmRNA转录本,这一作用类似于RNARNA诱导的沉默复合物(RISC)(RISC)通过siRNAsiRNA靶向作用于mRNA mRNA。来自于互补转录本甚至是lncRNAlncRNA的双链R

16、NA,RNA,结合延长的内部发夹结构,能够被加工成内源性siRNAsiRNA以使基因表达沉默。.35OutlineslncRNA的定义lncRNA的来源lncRNA的分类lncRNA的功能及作用分析lncRNA对基因的调控lncRNA与临床疾病.36 大量研究表明，lncRNA从转录和转录后水平参与蛋白质编码基因调控，这些基因包括发育相关基因及疾病发生相关基因。通过参与调控蛋白质编码基因，lncRNA既能影响细胞内信号转导途径，也能影响生物体发育过程中的信号转导通路27。基于上述研究结果，lncRNA失调似乎成为人类复杂性疾病发病的主要原因。.37lncRNAlncRNA失调相关疾病5/19/

17、2023 在多种癌症lncRNAlncRNA失调现象均有报道，例如白血病、结肠癌、前列腺癌、乳腺癌和肝癌等等。通过对阿尔茨海默病的研究识别了一个-分泌酶基因的反义链lncRNAlncRNA，-分泌酶产生AA多肽推动阿尔茨海默病的发展。.385/19/2023 lncRNA(ATXN8OS)在RNA水平上参与8型脊髓小脑共济失调症(spinocerebellar ataxia type 8，SCA8)的发生。在强直性肌营养不良中，转录出的lncRNA上的三核苷酸或四核苷酸的重复扩展形成发夹结构，使剪接调节子远离它们正常的前体mRNA靶标。lncRNAlncRNA失调相关疾病.395/19/2023 迄今为止,人们对于哺乳动物细胞内lncRNA调控机制的认识仍存在许多障碍,包括它们的数量比例及它们的作用机制。因此提高对lncRNA等非编码转录本的关注,对真核细胞基因编程中进化更新和功能性RNA家族的扩大是很重要的。.405/19/2023虽然近年来关于lncRNA的研究进展迅猛，但是绝大部分的lncRNA的功能仍然是不清楚。lncRNA与许多临床疾病密切相关，它将是继microRNA后又一研究热点。.41谢谢