lncRNA與癌癥

日期：2019-03-26 標簽：lncRNA與癌癥

癌癥相關的lncRNA研究是進展最快，成果最豐富的新興領域。研究者利用Arraystar LncRNA芯片對不同癌癥的鑒別、發(fā)生、發(fā)展、惡化、轉移等現(xiàn)象進行較多的深入研究，為其他領域的lncRNA研究建立完善的方法學體系指引了研究方向。

人類基因組能夠產生10000多種長鏈非編碼RNA（lncRNA），但是至今為止，人們只知道幾十種lncRNA分子的功能。癌細胞基因組非?；靵y，且常常出現(xiàn)拷貝數(shù)變異(somatic copy-number alterations，SCNAs)。雖然大多數(shù)拷貝數(shù)變異都是基因組不穩(wěn)定造成的，但有一少部分SCNAs會致癌。使用大規(guī)?；蚪M圖譜和全基因功能篩選已經可以發(fā)現(xiàn)致癌的蛋白編碼SCNAs。但是，人體內蛋白編碼序列很少，癌細胞中許多SCNA都在非編碼區(qū)域。

有很大比例的lncRNAs 都與染色質（DNA-蛋白質復合物）調控因子有關，其中有一部分通過調節(jié)相關基因表達的特異染色質標記物，對特定的染色體區(qū)域進行“標記”。lncRNAs 和轉錄因子之間相互聯(lián)系可以編程分步驟對轉錄因子進行化學修飾，使得增強子向靶基因提供連貫的信息流。這些研究結果還加強了關于lncRNAs介導增強子-啟動子成環(huán)機制的認識。RNA介導的蛋白質招募要求一種對啟動子相關組蛋白標記具有親和力的蛋白質，位于增強子元件末端，可以穩(wěn)定DNA成環(huán)，促進三維空間信息的溝通。這意味著lncRNAs不僅僅是簡單的支架，它更像是一個復雜的計算機電路板，連接各種不同的分子元件，并指揮系統(tǒng)的邏輯運算。

近期的研究發(fā)現(xiàn)，人類癌癥過程中有許多的 lncRNAs失調，了解這些轉錄物是如何生成的以及調控機制對于該領域的研究非常重要。復雜的RNA機制旨在促進以癌癥的診斷和預防的目的的RNA工程技術的發(fā)展，而不是簡單地對于lncRNA水平進行調控。

下面就介紹幾個與腫瘤相關的lncRNA。

1 H19

H19 是第一個被發(fā)現(xiàn)的非編碼RNA 基因，它在多種癌癥中如食道癌、結腸癌、肝癌、膀胱癌和轉移性肝癌等都異常表達。但是H19具有癌基因和抑癌基因的雙重功能。比如在肝癌、前列腺癌中H19表達量升高，發(fā)揮了類似于癌基因的作用；在結腸癌細胞株和原發(fā)性結腸癌中，H19 作為miR-675 的前體，表達量上調。miR-675具有下調抑癌基因RB表達的作用，因此H19在結腸癌細胞株和原發(fā)性結腸癌中發(fā)揮了癌基因的作用。相反，在對結腸癌、畸胎瘤、肝癌等模型的研究中發(fā)現(xiàn)，缺少H19可促進腫瘤的發(fā)生或腫瘤的增大，這顯示H19在腫瘤中起抑癌基因的作用。最新的研究顯示，P53，HIF1-α和H19 之間存在相關性。實驗顯示，體外過表達HIF1-α和同時抑制P53 基因表達可協(xié)同提高腫瘤細胞中H19的表達水平；且在P53 突變型細胞或無P53的腫瘤細胞制備的移植瘤體內，H19的表達水平同樣顯著提高。H19作為癌基因還是抑癌基因的差異主要是由于lncRNA 的雙功能的自然特性或可能依不同的背景而定，然而H19準確的功能和生物學作用仍有待進一步確定。

2 HOTAIR

HOX 基因的反義基因間RNA( HOX antisense intergenic RNA，HOTAIR) 是一個長度為2.2 kb 的基因，定位在哺乳動物12q13. 13 上HOXC位點，不編碼任何蛋白質。這個非編碼RNA在原發(fā)性和轉移性乳腺癌中顯著上調，高出正常乳腺組織2000倍，而且HOTAIR 的表達與腫瘤轉移和預后有關。同樣的，與正常非癌變的結腸組織比,HOTAIR在結腸癌組織中的表達量增加，而且高表達HOTAIR的病人預后差。有研究表明，HOTAIR與哺乳動物多梳蛋白抑制性復合物2( PRC2) 密切相關，而PRC2介導了發(fā)育過程中控制分化的幾千個基因的轉錄表達。HOTAIR可至少連接兩個不同的組蛋白修飾復合物，從而充當一個腳手架的作用，如其5’端區(qū)連接PRC2 復合物，負責H3K27 的甲基化；3’區(qū)連接LSD1（組蛋白賴氨酸去甲基化酶）介導H3K4me2 的去甲基化。最近，Chou等通過RNA純化染色體分離結合測序技術研究發(fā)現(xiàn)，HOTAIR能與更廣泛的PRC2 和H3K27連接，表明HOTAIR 同染色體的相互作用與PRC2 的重定位和基因沉默相關。目前，盡管HOXAIR 重編程染色體狀態(tài)而啟動癌癥的轉移是清楚的，但是HOTAIR 活性的準確作用機理仍有待闡明。

3 MEG3

母系表達基因3 ( materally expressed gene 3，MEG3) 是第一個被發(fā)現(xiàn)有腫瘤抑制功能的lncRNA。MEG3是由10 個外顯子組成的單拷貝印跡基因，到目前為止，由于不同的剪接方式共發(fā)現(xiàn)12 個MEG3表型，每個表型包含共同的外顯子1-3 和8-10。而外顯子4-7 則有不同的鏈接方式；同時，MEG3 基因的最后幾個內含子可編碼miR-770。在結構上，12個不同表型的MEG均具有3 個明顯的二級結構域。功能上，MEG3能與cAMP、P53、鼠雙微基因2( MDM2)和生長分化因子15 相互作用，MEG3 作為調控性RNA 可通過依賴性和非依賴性P53 而起作用。MEG3本身的表達受表觀遺傳學的控制，在多種癌癥類型中MEG3 存在異常CpG 甲基化。MEG3 表達于多種正常組織中，特別在腦組織呈現(xiàn)高表達，然而，在腦癌及一些腫瘤細胞株中不表達，說明MEG3 具有腫瘤抑制因子的作用。Zhang等報道，MEG3 與腦膜瘤的病理發(fā)生、臨床進展相關，在正常腦膜細胞高表達，而在大多數(shù)人腦膜瘤組織或細胞株中不表達，同時MEG3 表達的缺失與腫瘤的分級存在強烈的相關性。最新研究顯示，MEG3 與神經膠質瘤增殖相關，MEG3 的異位過表達抑制細胞增殖，誘導細胞凋亡。從功能上看，MEG3 抑制腦膜瘤細胞的DNA 合成及細胞集落的形成，而且刺激P53 介導的轉錄活化。在對多發(fā)性骨髓瘤、急性髓性白血病、骨髓增生異常綜合癥病例MEG3 基因啟動子差異性甲基化區(qū)的甲基化狀態(tài)分析發(fā)現(xiàn)， 57%的多發(fā)性骨髓瘤存在異常的甲基化譜，并且甲基化譜與疾病的亞型和疾病的階段具有相關性，同時發(fā)現(xiàn)， 34.9% MDS和47.6%的急性骨髓性白血病有異常甲基化，但在甲基化狀態(tài)與核型、疾病亞型和預后評分系統(tǒng)間沒有重要聯(lián)系。目前，MEG3在細胞生物學上的重要性及在腫瘤發(fā)生的作用還在不斷研究中。

4 MALAT1

肺腺癌轉移相關轉錄因子1 ( metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1)廣泛表達于正常人組織、成年人腦組織中，且呈現(xiàn)高水平表達，敲除小鼠成神經瘤細胞株的MALAT1 基因后影響了神經原軸突與樹突發(fā)育相關的基因的表達，提示MALAT可能與神經系統(tǒng)的發(fā)育有關。有報道指出，在多種人腫瘤包括前列腺癌、結腸癌、肝癌、子宮癌中MALAT1 表達上調。Xu等發(fā)現(xiàn)在結腸癌病人中MALAT1 的3'末端存在突變，而MALAT1的一個重要生物功能域就定位在此突變區(qū)。另有研究者通過qRT-PCR對9例肝癌細胞株和112 例肝癌病例包括60例已獲得肝移植的病例進行了MALAT1表達分析，他們發(fā)現(xiàn)無論在癌細胞株還是臨床病例中，MALAT1的表達均上調，而且在MALAT1高表達的病例中，肝移植后的病例也更易復發(fā)，因此經多研究分析，MALAT1可作為預測肝癌復發(fā)的一個重要生物標志。同時，在HepG2 細胞中，抑制MALAT1表達能有效降低細胞活力、流動性和侵襲力，并增加細胞對凋亡刺激的敏感性。研究還發(fā)現(xiàn)高水平MALAT1與轉移密切相關，多項研究提示MALAT1調控細胞的流動性。例如沉默MALAT1表達將阻止肺腺癌細胞體外的遷移，減少宮頸癌細胞的增殖和侵襲潛力。

5 ANRIL

ANRIL是細胞周期激酶抑制因子4b( INK4b) 位點的反義非編碼RNA ( antisense non-coding RNA in the INK4 Locus)，其表達與INK4a的表觀遺傳學沉默相關。INK4b-ARF-INK4a 位點在調控細胞周期、細胞衰老、干細胞的自我更新和調亡中具有重要的作用。ANRIL的異常表達和單核苷酸多態(tài)性與包括癌癥在內的一些疾病有關。而且，INK4b-ARF-INK4a在白血病、黑色素瘤、肺癌和前列腺癌等多種腫瘤中易發(fā)生缺失和高甲基化。另有證據(jù)表明ANRIL是介導INK4b-ARF-INK4a沉默的機制之一。像HOTAIR 連接PRC2 和LSD1 復合物一樣，ANRIL可連接兩個多梳抑制復合物PRC1、PRC2，從而導致ANRIL/PRC 介導INK4b-ARFINK4a基因沉默，然而，需要進一步闡明的是ANRIL與染色體調控因子是如何相互作用的。

隨著人們對lncRNA 在腫瘤發(fā)生中作用的認識，人們開始著手開發(fā)以lncRNA 為靶點的新藥。盡管對lncRNA 作用的分子機制的認識還相當有限， lncRNA 有可能成為臨床腫瘤治療的理想靶點。