转录调控专题：lncRNA与表观调控

RNA是生物体内total RNA的一个总称，它包含mRNA、rRNA、tRNA、ncRNA、siRNA、miRNA等，不同的RNA在生物体中具不同的功能。我们最常说的RNA一般指的是mRNA，mRNA作为经典中心法则中重要一环，其含量的变化会导致不同的表型或者疾病。但是mRNA调控受到多方面的调控，不仅是由DNA发生改变引起，更有可能由一些表观遗传调控影响。

1942年，Conrad Waddington 最早提出 “表观遗传学 ”这一概念，表观遗传通常被定义为DNA的序列不发生变化但是基因表达却发生了可遗传的改变，也就是说基因型未变化而表型却发生了改变，这种变化是细胞内除了遗传信息以外的其他可遗传物质的改变，并且这种改变在发育和细胞增殖的过程中能稳定的传递下去。

非编码RNA作为表观遗传学研究的四大对象之一（其余对象是DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑），其组内成员个个都能顶半边天，比如lncRNA，作为一员大将，一直是非编码RNA中研究的对象，而miRNA近年来其分子海绵参与ceRNA调控的功能也是大热，当然还有一些piRNA、snoRNA、tRNA等，个个都成为了不同科学家们的心头好。鉴于篇幅，我们今天主要来介绍长链非编码RNA（LncRNA）的一些表观调控功能。

首先，lncRNA的功能具有方向性，根据其功能，也由不同的分类：

i. 正义LncRNA，与编码基因的一个或多个外显子重叠；

ii. 反义转录产物，与相反链上的转录产物部分或完全互补；

iii. 内含子LncRNA，由基因的内含子产生；

iv. 双向转录产物，与蛋白质编码基因共享相同的启动子，但转录方向相反；

v. 基因间LncRNAs（LincRNA），由位于蛋白质编码基因之间的序列独立转录；

vi. 增强子RNA（eRNA），由蛋白质编码基因的增强子区域产生

(Ps：当然，lncRNA还可能编码小肽，成为功能肽段参与疾病调控，以后我们可以单独来叙述lncRNA小肽，有兴趣的朋友可以多关注我们哦)

在介绍lncRNA的表观调控前，我们来上照片，简单总结下lncRNA参与的调控：

图：1）lncRNA与转录因子结合，调控靶基因（转录前）；2）lncRNA与miRNA效应复合物结合，导致其失去调节功能（关联分析切入点）；3）lncRNA与调控蛋白结合（转录后）；4）lncRNA能招募DNA靶标染色质修饰复合物（转录前）；5、6、7）lncRNA参与靶mRNA调节与加工-翻译抑制、剪切拼接、降解过程（转录中、转录后），图片来源-From Wenqian Hu, et al., EMBO reports. 2012

LncRNA参与表观调控，可能是招募一些染色质重构复合体来介导基因沉默，尤其是一些与组蛋白修饰相关的组蛋白甲基转移酶的调控，如研究较为多的lncRNA HOTAIR能调控常见的H3K27的甲基化转移酶PRC2和EZH2，引起组蛋白H3K27发生甲基化，而H3K27me3的甲基化让染色质形成异染色质状态，染色质开放性的变化引起基因表达沉默【2】；LncRNA还能与一些DNA甲基化和去甲基化酶结合使得基因的启动子区发生甲基化的变化从而影响基因表达，如Dnmt1是常见的de novo甲基化酶，lncRNA Kcnq1能与Dnmt1互作使得基因启动子区域发生高甲基化从而影响基因表达沉默【3】；lncRNA还能调控转录因子的调控活性从而影响基因表达，如RNA聚合酶II参与基因的转录，虽然lncRNA也是由RNA聚合酶II转录，但是转录后的lncRNA可能与RNA聚合酶II结合来影响RNA聚合酶II的转录活性【4】；lncRNA还可能建立RNA-DNA双链或者三链体后与调节蛋白结合以影响临近基因表达，如ANRASSF1形成RNA / DNA杂交链并将PRC2招募到RASSF1A启动子中，从而影响其基因表达【5】；lncRNA还可能与RNA结合蛋白（RBP）结合，从而影响基因的表达，如lncRNA HBBP1通过结合RNA结合蛋白HNRNPA1上调TAL1【6】，当然，除了介绍的这些调控外，lncRNA与miRNA结合介导的各种表观调控也是研究的热点。

不同的RNA有不同的结构，比如mRNA在5’端有帽子结构，3‘端有polyA尾，而tRNA有三叶草的茎环结构，miRNA的5’端常常会磷酸化，3‘端有羟基，不同的RNA结构，使得其产生不同的功能。同时，不同的RNA结构，也会有不同的捕获及建库方式。

lncRNA的建库通常是通过去rRNA的方式进行建库，为啥呢，这要从RNA的特性说起，常规的建库有mRNA建库、miRNA建库、lncRNA建库、circRNA建库、tRNA建库等，mRNA有polyA尾，能通过oligo-dT磁珠进行mRNA捕获（当然，这中间会涉及到一些非mRNA，因为只要含有ployA尾，就能被捕获，所以有时候mRNA建库，也能获得一些lncRNA信息），miRNA的5’端有磷酸化，3’端有-OH，这种特性就能够连接测序接头进行测序，而tRNA有发夹结构，需要特殊的方法才能捕获，而rRNA有探针能够捕获，总的来说，要研究lncRNA确实是太不容易了，还好，大家发现了直接进行核糖体去除就能研究lncRNA，同时还能获得其他的RNA如mRNA以及部分circRNA的信息，何乐而不为呢。

最后，给大家展示一张常见lncRNA参与的表观调控来结尾吧。

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