關于lncRNA，你必須知道的秘密（內附彩蛋）

lncRNA 一開始被認為是由 RNA 聚合酶 II 轉錄形成的轉錄副產物，并沒有生物學功能，只是一種轉錄噪音（遺傳噪音）。然后，現(xiàn)在越來越多的研究發(fā)現(xiàn) lncRNA 有及其重要的生理功能，這些功能包括：遺傳印記（genetic imprinting）、基因組重排（genome rearrangement）、染色質修飾（chromatin modification）、細胞周期調控、轉錄、剪切、mRNA 降解及蛋白的翻譯。

研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)以千計的 lncRNA 參與調控了哺乳動物的基因調控。很多關于 lncRNA 調控基因的機制研究，也層出不窮。但是總的來說，lncRNA 對于基因表達的調控作用主要體現(xiàn)在三個方面：

1）表觀遺傳層面； 

2）轉錄調控層面； 

3）轉錄后調控層面。

（一）與印記（imprinted region）相關的 lncRNAs 

所謂的印記基因是指僅一方親本來源的同源基因表達，而來自另一親本的基因不表達的現(xiàn)象。在腫瘤細胞中發(fā)現(xiàn)，很多腫瘤細胞內印記基因出現(xiàn)丟失的現(xiàn)象，導致了基因表達的紊亂。這可能是導致腫瘤發(fā)生的一個很重要的原因。很大一部分 lncRNA 定位于基因組的印記區(qū)域。在過去十年中，H19、Xist 和 Meg3 等 lncRNA 被報道位于基因組的印記基因座（imprinted  genomic loci）。 

H19 是一個 2.3 kb 的 lncRNA，而且該分子特異性地在女性體內表達。H19 和胰島素樣生長因子 2（insulin-like growth factor 2，IGF2）都定位于染色體的 11p15.5，而且這兩個基因間的間隔僅 90 kb。H19 在脊椎動物胚胎期表達很高，但是在出生后，表達迅速降低。H19 和 IGF2 基因之間有印記控制區(qū)（imprinting control region，ICR）。ICR 區(qū)域內會發(fā)生甲基化，這是參與調控基因印記的最主要的途徑。當來源于母本的 ICR 區(qū)域沒有發(fā)生甲基化時，ICR 區(qū)域可以和轉錄因子 CTCR（CCCTC-binding factor）結合，導致 H19 表達，而 IGF2 表達沉默。但是在父本來源的 ICR 區(qū)域，由于發(fā)生了甲基化現(xiàn)象，導致了相反的基因表達情況。

在母系來源的細胞中，由于存在兩條 X 染色體，在生長發(fā)育的調控過程中，其中一條 X 染色體會失活，這一現(xiàn)象被稱為 X 染色體失活（X-chromosome inactivation）。在這一過程中，長度為17kb 的 lncRNA 分子 XIST 發(fā)揮了重要的作用。XIST 表達后，其5‘端編碼了另一個 lncRNA 分子，Repeat A（RepA）。RepA 可以直接和 PRC2 分子（polycomb repressive complex 2）相互結合，促進 XIST 進一步地表達。大量表達的 XIST 分子附著在其中一條 X 染色體的表面，并誘導組蛋白的甲基化，最終導致 X 染色體的失活。

（二）lncRNA 對于染色質修飾（Chromatin modification）的作用 

lncRNA 可以調控轉錄，其機制是形成沉默復合物（silencing complex）并導致染色質重排（chromatin remodeling）。lncRNA 介導基因調控的最主要的機制就是形成染色質重排復合物（chromatin remodeling complex）。有研究表明，lncRNA（HOTAIR、Kcnq1ot1 和 Air）可以和染色質重排復合物(例如，PCR1 和 PCR2)結合，介導下游的泛素化和組蛋白的甲基化。

在 Kcnq1 基因座，lncRNA Kcnq1ot1 可以與 PRC1 和 PRC2 結合形成復合物。在 Igf2r 基因座， Air 能與組蛋白甲基轉移酶 G9a 相互作用。在 HOXD 基因座，HOTAIR 可以招募 PRC2 形成復合物并導致下游靶基因的表達沉默。進一步的研究表明，染色質重排復合物與 lncRNA 的結合是介導下游靶基因沉默特異性的重要原因。

HOTAIR 是一條長度為 2.2 kb 的 lncRNA，位于染色體 12q13.13 的 HOXC 基因座。HOTAIR 能與 PRC2 和 LSD1/CoREST/REST 復合物相互結合。作為一個起到分子骨架（molecular scaffold）作用的 lncRNA，HOTAIR 的 5‘區(qū)域和 PRC2 結合，介導了組蛋白的甲基化；HOTAIR 的 3’區(qū)域又能和 LSD1 結合，介導組蛋白的去甲基化。HOTAIR 所起到的作用就是將染色質重排復合物定位到 2 號染色體的 HOXD 基因座位點，其結果是在轉錄過程中沉默大約 40kb 的 HOXD 區(qū)域。HOTAIR 的過度表達，可以使 PRC2 在染色體上的定位發(fā)生變化，導致基因表達和染色質狀態(tài)的改變，最終促進了腫瘤的轉移。