LncRNA與miRNA的交互作用及調(diào)控機制對腫瘤發(fā)生與發(fā)展過程的影響

芮　強(綜述)，何震宇(審校)

(1.南京醫(yī)科大學(xué)第二臨床學(xué)院，南京 210000； 2.南京醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院普外科，南京210000)

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LncRNA與miRNA的交互作用及調(diào)控機制對腫瘤發(fā)生與發(fā)展過程的影響

芮強1△(綜述)，何震宇2※(審校)

(1.南京醫(yī)科大學(xué)第二臨床學(xué)院，南京 210000； 2.南京醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院普外科，南京210000)

摘要：長鏈非編碼RNA(LncRNA)被作為人類基因組中重要的調(diào)控分子之一，通過多種方式發(fā)揮其生物學(xué)調(diào)控功能。研究表明，LncRNA也可作為一種競爭性的內(nèi)源性RNA與非編碼微RNA (miRNA)交互作用，共同參與靶向基因的調(diào)控，對腫瘤發(fā)生與發(fā)展過程產(chǎn)生重要影響。同時，miRNA通過大量蛋白質(zhì)編碼基因靶向調(diào)控LncRNA的表達，miRNA和LncRNA在調(diào)節(jié)細胞過程均有重要作用。該文在分別介紹miRNA與LncRNA功能的基礎(chǔ)上，總結(jié)miRNA與LncRNA交互作用及調(diào)控機制對腫瘤發(fā)生與發(fā)展過程的影響。

關(guān)鍵詞：短鏈非編碼微RNA；長鏈非編碼RNA；交互作用；調(diào)控機制

如果說短鏈非編碼微RNA(micro noncoding RNA，miRNA)是現(xiàn)在的研究熱點，那么長鏈非編碼RNA(long noncoding RNA，LncRNA)可能是未來生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的焦點。盡管對LncRNA研究有一些進展，但目前對LncRNA研究的方法還不是很成熟，所以LncRNA的功能研究方面有許多操作空間[1-2]。在臨床應(yīng)用方面，LncRNA能否成為一個良好的生物標(biāo)志物還需要大量的研究去發(fā)現(xiàn)與驗證[3]。為了探討miRNA與LncRNA的交互作用及調(diào)控機制對腫瘤發(fā)生與發(fā)展過程的影響，通過查閱相關(guān)文獻，現(xiàn)將其綜述如下。

1LncRNA

一般認為LncRNA是不編碼蛋白質(zhì)，長于200個核苷酸的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，位于細胞核內(nèi)或胞質(zhì)內(nèi)[4]。通常分為5類[5]：即正義(sense)、反義(antisense)、雙向(bidirectional)、基因內(nèi)(intronic)及基因間(intergenic)LncRNA。LncRNA的主要功能是調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。

1.1在基因特異性轉(zhuǎn)錄中的作用真核生物RNA轉(zhuǎn)錄是受到嚴(yán)密調(diào)節(jié)的過程，ncRNA 可靶向此過程的不同環(huán)節(jié)[6]，如轉(zhuǎn)錄激活因子、阻遏蛋白，包括RNA聚合酶Ⅱ，甚至DNA雙鏈在內(nèi)的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)成分來調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄和表達。這些ncRNA可能形成一個包括轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，在復(fù)雜的真核生物中精細調(diào)控基因表達。ncRNA通過幾種不同機制調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的功能，包括自身作為共調(diào)節(jié)因子、修飾轉(zhuǎn)錄因子活性、調(diào)節(jié)共調(diào)節(jié)因子的結(jié)合和活性[7]。例如，ncRNA Evf是同源框轉(zhuǎn)錄因子Dlx2的輔激活因子，在前腦發(fā)育和神經(jīng)發(fā)生中起重要作用。

以酵母基因SER3 為例[8]，在它的上游存在LncRNA 基因SRG1，SRG1 的3′端序列與靶基因啟動子重疊，當(dāng)SRG1被活躍轉(zhuǎn)錄并過表達時就會抑制靶基因SER3 的轉(zhuǎn)錄。因為在轉(zhuǎn)錄延伸過程經(jīng)過啟動子序列時，轉(zhuǎn)錄延伸因子會由于轉(zhuǎn)錄LncRNA占據(jù)啟動子與轉(zhuǎn)錄起始因子結(jié)合的空間，造成啟動子下游靶基因序列轉(zhuǎn)錄的抑制。

局域性ncRNA也可募集轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)鄰近蛋白編碼基因的表達[9]。RNA結(jié)合蛋白TLS，在損傷信號反應(yīng)中，抑制基因靶標(biāo)周期蛋白D1結(jié)合并抑制環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白 (cAMP-response element binding protein，CREB)結(jié)合蛋白和p300組蛋白乙酰化轉(zhuǎn)移酶活性。在此過程中，由連接于5′調(diào)節(jié)區(qū)的低表達的LncRNA直接將TLS募集至周期蛋白 D1啟動子。

1.2調(diào)節(jié)基本轉(zhuǎn)錄機制ncRNA也靶向所有RNA聚合酶Ⅱ基因轉(zhuǎn)錄必需的通用轉(zhuǎn)錄因子，包括組裝在啟動子或參與轉(zhuǎn)錄延伸的起始復(fù)合物的成分[10]。一個從二氫葉酸還原酶基因次級啟動子上游轉(zhuǎn)錄的ncRNA，可與二氫葉酸還原酶的主要啟動子形成穩(wěn)定的RNA-DNA三鏈復(fù)合物防止轉(zhuǎn)錄輔因子轉(zhuǎn)錄因子ⅡD的結(jié)合。鑒于存在于真核生物染色體的成千的此類三鏈復(fù)合物，這種調(diào)節(jié)基因表達的新機制可能實際上代表了一種控制啟動子使用的普遍方法。

1.3LncRNA在轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)中的作用互補LncRNA與mRNA 形成RNA雙鏈體可掩蓋mRNA內(nèi)部與反式作用因子結(jié)合必須的主要元件，可能影響轉(zhuǎn)錄后基因表達的任何步驟，包括pre-mRNA的加工、剪接、轉(zhuǎn)運、翻譯、降解[11]。

1.4LncRNA在剪接中的作用mRNA剪接可誘導(dǎo)其翻譯和編碼蛋白質(zhì)的功能多樣性。最早發(fā)現(xiàn)的受LncRNA 直接調(diào)控可變剪切的靶mRNA是Zeb2。Zeb2 mRNA具有長的5′UTR[12]， 進行有效翻譯需要保留含內(nèi)核糖體進入位點的5′UTR內(nèi)含子。然而內(nèi)含子的保留依賴于與內(nèi)含子5′剪接位點互補的反義轉(zhuǎn)錄本的表達。因此，在間質(zhì)發(fā)育中，反義轉(zhuǎn)錄本的異位表達可抑制剪接并誘導(dǎo)翻譯。在一些腫瘤中發(fā)現(xiàn)的LncRNA MALAT1參與募集pre-mRNA剪接因子至細胞核內(nèi)的基因轉(zhuǎn)錄位點，調(diào)節(jié)pre-mRNA剪接。

1.5LncRNA在翻譯中的作用在翻譯過程中，ncRNA也可施加額外的調(diào)節(jié)壓力，尤其在神經(jīng)元，在對突觸激活起反應(yīng)時樹突或軸突的mRNA翻譯引起突觸可塑性和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的重塑[13]。RNA聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄BC1和BC200 ncRNAs，分別在小鼠和人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)表達。BC1在突觸激活反應(yīng)和突觸發(fā)生中誘導(dǎo)表達，并特異地靶向神經(jīng)元樹突[14]。BC1在樹突中與翻譯抑制有關(guān)，調(diào)控紋狀體中多巴胺D2受體介導(dǎo)的傳遞效能。

1.6LncRNA在干擾小RNA(small interfering RNA，siRNA)指導(dǎo)的基因調(diào)節(jié)中的作用LncRNA形成延長的分子內(nèi)發(fā)卡可被加工為siRNA[15]。在種系發(fā)生中，從這些轉(zhuǎn)錄本中產(chǎn)生的內(nèi)部siRNA(endo-siRNA)似乎在抑制移動性轉(zhuǎn)座子元件在基因組傳播中特別有用。

1.7LncRNA在表觀遺傳調(diào)節(jié)中的作用在果蠅，LncRNA通過募集、指導(dǎo)Ash1蛋白的染色質(zhì)修飾功能至Hox調(diào)節(jié)元件誘導(dǎo)同源異型基因Ubx的表達[16]；在哺乳動物中也發(fā)現(xiàn)了相似的模式，從Hox基因的胚胎表達譜貫穿人類發(fā)育存在有力的表觀遺傳機制，人類的Hox基因與貫穿人類發(fā)育空間和時間軸連續(xù)表達的上百種ncRNA相關(guān)聯(lián)，定義差別組蛋白甲基化和RNA聚合酶易接近性的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域。

2miRNA

miRNA是一類單鏈的非編碼RNA分子，在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達[17]。miRNA參與許多重要的生物學(xué)過程，如發(fā)育、分化、增殖等，同時，越來越多的研究報道m(xù)iRNA與多種人類復(fù)雜疾病密切相關(guān)，如癌癥、糖尿病、心血管疾病等。Jia和Rock[18]在文獻中提到：某些疾病的發(fā)生并不是整個生物學(xué)通路異常所導(dǎo)致的，而更可能是通路的某個局部區(qū)域(子通路)發(fā)生了功能失調(diào)。研究小組首次在系統(tǒng)水平識別出了480個人類miRNA所調(diào)控的子通路，篩選出了miRNA協(xié)同調(diào)控的功能相關(guān)的子通路簇，并深入研究了癌癥等123種疾病相關(guān)的miRNA對子通路的調(diào)控特點。結(jié)果提示從協(xié)同的角度研究人類miRNA對子通路調(diào)控的影響不僅是系統(tǒng)解釋miRNA調(diào)控機制的一個重要突破點，而且對于研究miRNA在疾病發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮作用的機制具有重要意義。該研究是研究人員首次從全局性的角度建立miRNA對子通路的調(diào)控關(guān)系，并對miRNA(尤其是疾病miRNA)的調(diào)控特點進行了深入分析。該成果不但有助于解析miRNA的調(diào)控機制，而且對于準(zhǔn)確定位疾病基因具有重要的參考和幫助。

3IncRNA與miRNA的交互作用及對腫瘤發(fā)生與發(fā)展的影響

3.1miRNA調(diào)控LncRNA的表達除了蛋白質(zhì)編碼基因，人類基因組制造了大量的非編碼RNA，包括miRNA和LncRNAs[19]。 miRNA和LncRNAs在調(diào)節(jié)細胞過程中均有至關(guān)重要作用，如細胞的生長和凋亡，以及癌癥的進展和轉(zhuǎn)移。雖然眾所周知miRNA可以靶向大量的蛋白質(zhì)編碼基因，很少有人知道的miRNA是否也可以靶向LncRNAs[20]。

在Zhang等[21]的研究中，密西西比醫(yī)學(xué)中心的華人研究人員著手確定miR-21是否能調(diào)節(jié)LncRNA表達。通過使用含有83個人類疾病相關(guān)的LncRNAs的LncRNA反轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)Array方法，表明miR-21能抑制LncRNA生長特異性轉(zhuǎn)錄本5(growth arrest-specific transcript 5，GAS5)。miR-21和GAS5的負相關(guān)關(guān)系也見于乳腺腫瘤標(biāo)本。有趣的是，GAS5也能抑制miR-21的表達。然而過表達GAS5抑制miR-21表達，GAS5-siRNA增加miR-21的表達。更重要的是，有一個假定的miR-21的結(jié)合位點位于GAS5外顯子4； miR-21結(jié)合位點缺失能抑制其活性。在體外細胞培養(yǎng)和異種移植小鼠模型的實驗表明[22]，GAS5具有抑制腫瘤功能。他們的研究還表明，生物素標(biāo)記GAS5-RNA探針是能捕獲RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物(RISC)的關(guān)鍵蛋白(AGO2)，他們隨后確定miR-21包含在GAS5-RISC復(fù)合物中，這意味著miR-21和GAS5可能以相互調(diào)節(jié)方式，類似于靶向mRNA microRNA介導(dǎo)基因沉默?？傊@些結(jié)果表明，miR-21不僅靶向抑制腫瘤蛋白編碼基因，而且靶向長鏈非編碼基因的LncRNA GAS5。

3.2LncRNA調(diào)控miRNA的表達lncRNA也能通過調(diào)控miRNA的表達影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，相關(guān)文獻[23-24]研究發(fā)現(xiàn)：lncRNA調(diào)控miRNA的作用機制主要有3個：①LncRNA能與miRNA競爭性結(jié)合靶基因mRNA的3′-UTR，從而對miRNA的負向調(diào)控機制進行抑制。Pang等[25]的的文獻研究還發(fā)現(xiàn)，由β分泌酶編碼基因座位能轉(zhuǎn)錄出LncRNA(由BACE1反義RNA)，這條反義的RNA可以與BACE1基因的mRNA互補，競爭性抑制miRNA對BACE1基因的講解作用；②部分LncRNA能通過細胞內(nèi)的剪切作用形成miRNA的前體，從而加工生產(chǎn)特異性的miRNA，調(diào)控靶基因的表達而發(fā)揮功能；③部分LncRNA能發(fā)揮內(nèi)源性miRNA海綿的功能，進而達到抑制miRNA表達，間接影響腫瘤細胞的惡性生物學(xué)行為[26]。

LncRNA錯誤表達可使蛋白質(zhì)編碼基因失調(diào)節(jié)，進而引致疾病。在多種疾病中LncRNA表達異常，多種腫瘤細胞中LncRNA表達譜與正常細胞相比有變化[27]。最近，一些檢測與疾病狀態(tài)相關(guān)的單核苷酸多態(tài)性的相關(guān)研究也涉及LncRNA。例如在鑒定心肌梗死的易患性位點的單核苷酸多態(tài)性時發(fā)現(xiàn)了一個LncRNA-MIAT[28]。

在整個基因組轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中，LncRNA所占的比例遠遠超過編碼RNA所占的比例。通過與DNA、RNA、蛋白質(zhì)的相互作用，在生命活動調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中扮演著十分重要的角色。除了在基因表達調(diào)控方面發(fā)揮十分重要的作用，LncRNA與物種進化、胚胎發(fā)育、物質(zhì)代謝以及腫瘤發(fā)生等均有著緊密的聯(lián)系[29]。目前關(guān)于LncRNA與包括腫瘤在內(nèi)的疾病相關(guān)聯(lián)的證據(jù)可為疾病診斷和治療提供依據(jù)和靶點。

4小結(jié)

miRNA和LncRNAs在調(diào)節(jié)細胞過程中均有重要作用，其中miR-21不僅靶向抑制腫瘤蛋白編碼基因，而且靶向LncRNA GAS5，而LncRNA也能通過調(diào)控miRNA的表達影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，發(fā)生錯誤表達時可使蛋白質(zhì)編碼基因失調(diào)節(jié)，使多種腫瘤細胞中LncRNA表達譜與正常細胞相比有變化，進而引致腫瘤等疾病。因此，對LncRNA功能的深入研究將使目前對細胞的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的認識帶來革命性的變化，具有不可估量的科學(xué)和臨床價值。

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Study on the Influence of Interaction between LncRNA and miRNA and Their Regulatory Mechanisms on the Formation and Progression of TumorRUIQiang1，HEZhen-yu2.(1.TheSecondClinicalCollegeofNanjingMedicalUniversity，Nanjing210000，China； 2.DepartmentofGeneralSurgery,TheSecondAffliatedHospitalofNanjingMedicalUniversity，Nanjing210000，China)

Abstract：As one of the important regulatory molecules in human genome long noncoding RNA (LncRNA) can develop its biological regulatory function in various aspects.Studies of recent years have shown that:LncRNA can interact with miRNA as a kind of competitive and endogenous RNA,and they can participate in the targeted gene regulation together,which has important influence on the formation and progression of tumor.Meanwhile,miRNA can also make targeted regulation of the expression of LncRNA with a large amount of protein encoding genes,both miRNA and LncRNAs play important roles in the regulation of cellular processes.Besides the functions of miRNA and LncRNA,here is to make a review of the influence of interaction between miRNA and LncRNA as well as their regulatory mechanisms on the formation and progression of tumor.

Key words：Short noncoding miRNA； Long noncoding RNA； Interactions； Regulatory mechanisms

收稿日期：2014-07-28修回日期：2014-10-22編輯：樓立理

基金項目：江蘇省科技廳自然科學(xué)基金面上項目(BK2012872)；江蘇省衛(wèi)生廳面上科研項目 (H201207)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.09.022

中圖分類號:R73

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)09-1594-03