非编码RNA(ncRNA)研究又有哪些新进展?

【字体: 时间:2018年11月23日 来源:生物通

编辑推荐:

  非编码RNA(ncRNA)通过与蛋白或其他分子相结合来开启或关闭基因,从而在控制基因表达中发挥关键作用。

  

非编码RNA(ncRNA)一度被认为是与基因表达无关的“垃圾”。不过,人们后来才逐渐清楚,人类基因组中的大部分实际上都转录成了各种ncRNA。这些ncRNA通过与蛋白或其他分子相结合来开启或关闭基因,从而在控制基因表达中发挥关键作用。

宾夕法尼亚州立大学的生物化学与分子生物学教授Frank Pugh表示:“我们原本以为‘哦,这只是噪音和垃圾’,然后出现了一些案例,显然ncRNA并非毫不相干。于是我们抽丝剥茧,发现越来越多的ncRNA具有功能。有些甚至是我们无法想象的功能,比如影响细胞核内的形态或液相状态,总之是一些非常微妙的功能。如果它们被破坏,效果可能非常小,但是,微妙并不意味着不重要。”

寻找lncRNA的功能

长度超过200个核苷酸的ncRNA被归类为长链非编码RNA(lncRNA),它们被认为具有关键的调节作用,在遭到破坏时,可能导致疾病发生。不过,这几千条lncRNA的功能究竟是什么? 对其中的大多数而言,这仍然是一个谜。如今,北卡罗来纳大学的研究人员开发出一种算法,能够通过lncRNA的可能功能对其进行快速分类。

Xist是最著名的lncRNA之一,在雌性动物的正常发育中起关键作用。北卡罗来纳大学Lineberger综合癌症中心的助理教授Mauro Calabrese解释说:“Xist在雌性哺乳动物的早期发育阶段表达,它的功能是关闭X染色体上整整1.5亿个碱基对的基因表达。”

“它非常了不起,而且干得很好。人们发现,其他RNA以类似的方式在较小规模上起作用,沉默基因组中部分区域的基因表达,但Xist完全是个例外,它关闭整条染色体。尽管如此,Xist和那些不太出名的亲戚似乎是通过相同的机制起作用,招募一种名为polycomb复合物的组蛋白甲基转移酶来关闭基因表达,”Calabrese博士说。

然而,当他们使用BLAST或其他常用的序列比对算法将Xist与其他lncRNA进行比较时,Calabrese博士及其团队发现它们的序列并没有相似之处。“因此,我们认为,我们也许错了。BLAST这样的工具是为检测进化关系而设计的。蛋白A和蛋白B在BLAST中具有相似性,因为它们是从同一前体蛋白Z进化而来的。可是这种假设并非适用于非编码RNA。Xist及其亲戚招募同样的酶来做同样的事情,但每个都是独立进化的。”

于是他们推测,由于非编码RNA是通过计算序列中的六核苷酸“单词”(k-mer)来招募RNA结合蛋白,因此可以通过所有可能单词的频率来对lncRNA进行分类。“你只有四个字母:A,G,C和U,”Calabrese博士解释道。“假设一个单词长度为6个核苷酸,那么‘字典’中就有4096个可能的单词。”

这种名为SEEKR的工具根据这些“单词”来发现和比较lncRNA中的蛋白结合序列,而不管它们的确切位置如何。Calabrese以阅读英文文档为例来解释这个原理。“如果你不能流利地阅读英文文档,那么你可以计算每个段落中的单词频率来了解每个段落的大意。比如,这个段落提到‘小狗’这个单词100次,那么它很可能是关于小狗的。”

研究小组发现,基于k-mer含量的相似性,大约一半的人和小鼠lncRNA可以分为五个不同的群组。基于k-mer的方法还可以帮助预测lncRNA在细胞内的位置以及它们通常结合的蛋白质类型。

“我们现在可以从充分研究的lncRNA中获取序列信息,并利用它来发现可能通过相关机制起作用的lncRNA,”Calabrese说。“这是我们第一次有机会找到立足点。如果我们了解30个lncRNA在干什么,那么我们现在可以使用SEEKR,找到以类似方式起作用的其他RNA。”

为了进一步检验SEEKR的能力,Calabrese博士及其团队计划将其应用在功能类似于Xist的一组RNA上,这些RNA可能在发育期间和不同疾病中以重要的方式调节基因表达。“我们认为,我们可以鉴定出许多与Xist作用方式类似的ncRNA,我们目前正在检验这一假设。”

超级保守的lncRNA

Evf2是一个特别有意思的lncRNA,似乎在海马的早期发育中扮演关键角色。西北大学Feinberg医学院的Jhumku Kohtz教授在2006年率先报道了Evf2,作为第一个已知的超保守lncRNA。Kohtz博士专注于研究Evf2的生物学意义和其他lncRNA对GABA能中间神经元发育的调节。

“Evf2不仅具有增强子调节活性和转录活性,而且还特别有吸引力,因为它能形成‘云’,这表明它不仅调节与其相邻的基因,还有距离较远的基因,”她说。“以往人们认为增强子只能在周围行动,最多只隔着1 MB。Evf2告诉我们,染色体上的线性距离不是问题,这是在三维空间中发生的。”

在最新发表的研究中,Kohtz博士及其团队报告称,EVf2调节了胚胎大脑发育期间GABA能中间神经元中四个特定基因的表达,并且在产生GABA神经递质的细胞中发挥重要作用。在胚胎大脑发育期间,它选择四个基因进行激活和抑制,这些基因的距离从1.6 MB到27 MB。在敲除Evf2的小鼠模型中,由于GABA抑制功能的降低,成年小鼠更容易癫痫发作。

Kohtz博士表示:“我们证实Evf2 RNA的确能够降低癫痫的易感性。发现这种RNA在胚胎中的实际作用以及它对成人大脑神经活动的重要影响,这让我们很激动。”

同时她也承认,这项研究很有挑战性,因为他们必须处理原代神经细胞。“这是一个特殊的发育时期,GABA能神经祖细胞在体内分化,而在培养中无法做到这一点。虽然我们慢了一些,但获得这些结果让我们很高兴。”

我来说两句
0  条评论    0 人次参与
登录 注册发布
最新评论刷新
查看更多评论 > >
相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 搜索
  • 国际
  • 国内
  • 人物
  • 产业
  • 热点
  • 科普
  • 急聘职位
  • 高薪职位

知名企业招聘

热点排行

新闻专题

生物通首页 | 今日动态 | 生物通商城 | 人才市场 | 核心刊物 | 特价专栏 | 仪器龙虎榜

版权所有 生物通

Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

联系信箱:

粤ICP备09063491号