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lncRNA是一類長(zhǎng)度大于200個(gè)核苷酸的RNA分子。根據(jù)lncRNA相對(duì)于附近編碼基因的位置將其分為antisense、intronic、intergenic、bidirectional和啟動(dòng)子相關(guān)等5類lncRNA，這些lncRNA對(duì)編碼基因的調(diào)控方式大有不同。antisense lncRNA是一類與正向基因具有部分外顯子重疊的反義RNA，這種天然反義lncRNA的存在及位置的特殊性揭示其與正義鏈的作用往往比一般靶基因更密切。那么，antisense lncRNA作為數(shù)量較多的一類lncRNA，它是如何發(fā)揮作用的呢？下面從表觀遺傳學(xué)、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

圖1 lncRNA相對(duì)于編碼基因位置

在不改變基因核苷酸序列的情況下，antisense lncRNA能夠結(jié)合DNA進(jìn)行甲基化酶及染色質(zhì)組蛋白修飾酶的招募，通過改變?nèi)旧|(zhì)狀態(tài)，調(diào)控正義基因的表達(dá)，并且產(chǎn)生可遺傳變異。像這種修飾可以小到作用于一個(gè)基因，大到影響整個(gè)染色體，比如Xist和反義Tsix二者介導(dǎo)的X染色體失活過程。

圖2 antisense lncRNA產(chǎn)生的表觀遺傳修飾

由于哺乳動(dòng)物雌性含有兩條X染色體，而雄性只有一條X染色體，為了確保雄性(XY)和雌性(XX)的X基因劑量相等，雌性胚胎會(huì)發(fā)生單個(gè)X染色體永久失活，即“劑量補(bǔ)償”效應(yīng)。非編碼RNA Xist是X染色體失活的主要參與基因，Xist僅在失活的X染色體中表達(dá)，其通過包裹合成它的X染色體，并結(jié)合Eed/PRC2復(fù)合物形成H3K27me3組蛋白修飾，進(jìn)而抑制基因轉(zhuǎn)錄，致使X染色體失活。而在Xist基因3'端存在antisense lncRNA Tsix，Tsix的轉(zhuǎn)錄可以阻止Eed/PRC2募集到Xist啟動(dòng)子區(qū)并且抑制H3K4甲基化，導(dǎo)致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,最終沉默Xist。

圖3 Tsix對(duì)Xist染色質(zhì)的修飾狀態(tài)¹

由于antisense lncRNA和正義鏈基因方向相反，單單從空間位置來說，有模型表明當(dāng)正/反義鏈同時(shí)轉(zhuǎn)錄形成RNA時(shí)，RNA聚合酶會(huì)相遇產(chǎn)生一定的空間阻礙，從而使RNA的轉(zhuǎn)錄受到抑制，像這種轉(zhuǎn)錄調(diào)控是由于基因本身方向相反導(dǎo)致，并不是由antisense lncRNA本身的調(diào)控功能引起對(duì)正義鏈基因轉(zhuǎn)錄的影響。

圖4 antisense lncRNA轉(zhuǎn)錄模式圖²

在細(xì)胞核內(nèi)，antisense lncRNA能夠與正義鏈RNA通過堿基配對(duì)形成二聚體，二聚體的形成會(huì)導(dǎo)致部分外顯子的剪接位點(diǎn)被掩蓋掉，從而影響前體pre-mRNA的剪切過程，產(chǎn)生不同種類的mRNA成熟體。研究表明，antisense lncRNA除了通過二聚體形式調(diào)控pre-mRNA的成熟剪切，它也可以對(duì)核內(nèi)mRNA的部分核苷酸進(jìn)行替換編輯，如果蠅的反義Sas-10通過結(jié)合Rnp4f，將Rnp4f部分腺嘌呤替換為次黃嘌呤，從而降低Rnp4f mRNA的表達(dá)水平。

圖5 核內(nèi)正/反義鏈RNA 堿基配對(duì)形成二聚體形式²

Antisense lncRNA不只在細(xì)胞核內(nèi)影響正義基因的轉(zhuǎn)錄，正/反義鏈RNA二聚體同樣能夠在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達(dá)。antisense lncRNA可以結(jié)合正義基因mRNA 3’ UTR區(qū)，封閉大量miRNA的靶位點(diǎn)，阻礙了miRNA對(duì)靶基因的抑制作用，從而維持mRNA的穩(wěn)定性。如反義lncRNA-PXN-AS1-L能夠結(jié)合PXN mRNA 3’ UTR，提高PXN mRNA的穩(wěn)定性，最終促進(jìn)癌基因RXN的表達(dá)和腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)³。

當(dāng)然，antisense lncRNA同樣能夠吸附miRNA，進(jìn)而減弱miRNA對(duì)靶基因的下調(diào)。另外，antisense lncRNA可與編碼蛋白基因的轉(zhuǎn)錄本形成互補(bǔ)雙鏈，在Dicer酶的作用下產(chǎn)生類似內(nèi)源性的siRNA，從而沉默編碼基因的表達(dá)。

圖6 lncRNA作用機(jī)制

目前很多關(guān)于antisense lncRNA的調(diào)控機(jī)制不是很清楚，但很多研究表明其在機(jī)體的生長(zhǎng)、發(fā)育和疾病發(fā)生過程中起著重要作用。所以，只要我們鍥而不舍深入挖掘，總會(huì)有機(jī)制明了的時(shí)候。

吉?jiǎng)P基因具有高效的質(zhì)粒、病毒等工具表達(dá)載體，可以實(shí)現(xiàn)非編碼基因在細(xì)胞及動(dòng)物水平上的過表達(dá)、敲低和敲除等目的，為非編碼RNA調(diào)控機(jī)制的研究提供便利，同時(shí)為廣大優(yōu)秀的科研學(xué)者助力。