非編碼RNA在牛骨骼肌發(fā)育中的研究進展

宋成創(chuàng)， 岳炳霖， 楊兆鑫， 王 健， 陳 宏

(西北農(nóng)林科技大學(xué)動物科技學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

非編碼RNA種類繁多，主要包括轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)、核糖體RNA(rRNA)以及具有調(diào)控功能的微小RNA(microRNA)、長鏈非編碼RNA(long noncoding RNA，lncRNA)和環(huán)狀RNA(circRNA)等。隨著基因測序技術(shù)的飛速發(fā)展，先前被稱為轉(zhuǎn)錄噪音的“暗物質(zhì)”非編碼RNA受到人們越來越多的關(guān)注，逐漸成為科學(xué)研究的熱點，有關(guān)此方面的研究成果也越來越多。研究表明，非編碼RNA在動物機體生長發(fā)育、疾病以及癌癥中都有其相關(guān)報道。

骨骼肌發(fā)育是一個精細復(fù)雜的多級分化過程。肌細胞經(jīng)歷增殖、分化，融合成多核的肌管，最終形成成熟的肌纖維[1]。然而，此過程主要受到生肌調(diào)控因子(myogenic regulatory factors，MRFs)家族成員(MyoD、Myogenin、MRF4和MRF5)、肌細胞促進因子(myocyte enhancer factor-2，Mef2)家族成員(主要包括A、B、C、D 4個成員)的影響[2]。此外，骨骼肌形成同樣受到許多非編碼RNA的調(diào)控，主要有microRNAs、lncRNAs和circRNA。本文主要針對3種非編碼RNA在家養(yǎng)動物牛骨骼肌發(fā)育過程中的作用展開討論。

1 微小RNA(microRNAs，miRNAs)

miRNAs是一類約由18～25個核苷酸組成，不具備編碼潛能的單鏈小RNA。一般將其第2～8位堿基的堿基序列稱為其種子序列(seed sequence)，與其靶基因mRNA的3’端非編碼區(qū)域(UTR)進行完全或不完全配對結(jié)合，影響mRNA的穩(wěn)定性或抑制蛋白翻譯過程[3]。在不同的物種間miRNAs序列高度保守，依托其作用機制，參與許多生物學(xué)過程。其中有關(guān)miRNAs參與牛骨骼肌發(fā)育的研究已有大量報道，比如miR-1、miR-206等。有關(guān)miRNAs參與調(diào)控牛骨骼肌發(fā)育的作用及其作用的靶基因詳見表1。

表1 參與調(diào)控牛骨骼肌發(fā)育的miRNAs

2 長鏈非編碼RNA(long noncoding RNAs，lncRNAs)

lncRNAs定義為一類長度大于200個核苷酸，不具備翻譯成蛋白質(zhì)非編碼RNA，但最近研究者發(fā)現(xiàn)它也可以編碼一些具有調(diào)控功能的小肽。根據(jù)其所在染色體上的位置又分為基因間lncRNA(long intergenic noncoding RNAs，lincRNA)、內(nèi)含子lncRNA以及反義非編碼RNA(antisense RNA)等[11]。在多層面上調(diào)控基因的表達水平，涉及到表觀遺傳調(diào)控，轉(zhuǎn)錄調(diào)控以及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等。lncRNAs的作用形式更是復(fù)雜多樣，主要由以下幾種：(1)信號分子(signal)，作為信號傳導(dǎo)分子參與信號通路的傳導(dǎo)；(2)分子誘餌(decoy)，作為分子阻斷劑，阻礙結(jié)合蛋白的作用和信號通路；(3)引導(dǎo)分子(guide)，與蛋白分子結(jié)合后，將蛋白質(zhì)復(fù)合物定位到特定的DNA序列上；(4)支架分子(scaffold)，作為一個“中心平臺”實現(xiàn)不同信號通路之間的信息交匯和整合[12]。近10年來，有關(guān)lncRNA的研究進展突飛猛進，其參與的生物學(xué)過程復(fù)雜多樣，與正常的生長發(fā)育過程以及包括癌癥發(fā)生在內(nèi)的許多疾病密切相關(guān)。目前在牛的骨骼肌發(fā)育過程中，有關(guān)lncRNAs的功能研究已有相關(guān)報道。2015年Sun等通過轉(zhuǎn)錄組測序發(fā)現(xiàn)鑒定lncMD可以作為分子海綿，通過吸附miR-125b解除其對下游靶基因胰島素樣生長因子2(insulin-like growth factor 2，IGF2)的抑制作用，從而促進牛骨骼肌細胞的分化[13]。2017年Jin等研究發(fā)現(xiàn)lnc133b可以通過與miR-133b作用，以一種競爭性內(nèi)源性RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)的作用機制正調(diào)控IGF1R的表達水平，促進牛肌衛(wèi)星細胞增殖，抑制其分化[14]。另外，Xu等研究發(fā)現(xiàn),lncRNA H19通過抑制Sirt1/FoxO1的表達促進牛骨骼肌衛(wèi)星細胞的分化[15]。最近，Li等發(fā)現(xiàn)lncRNA MDNCR(muscle differentiation-associated lncRNA，MDNCR)可以作為分子海綿吸附miR-133a促進牛成肌細胞的分化[16]。由此可見，lncRNA在牛骨骼肌發(fā)育過程中扮演著重要的角色。

3 環(huán)狀RNA(circRNA)

circRNA是一類較為特殊的非編碼RNA，不具有5’末端帽子和3’末端poly(A)尾，呈現(xiàn)一個封閉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，不同于一般線性RNA，不受RNA外切酶RNase R的影響，穩(wěn)定性更強不易降解[17]。大部分circRNA由外顯子剪切而來，少部分來源于內(nèi)含子區(qū)域。功能上而言，circRNA主要通過“分子海綿”機制吸附miRNAs，從而抑制miRNAs的調(diào)控作用，進而增強靶基因的表達水平。少數(shù)circRNA具有編碼蛋白質(zhì)的功能，但大多數(shù)circRNA是非編碼RNA。近幾年，成為科學(xué)研究領(lǐng)域一個新的研究熱點。研究發(fā)現(xiàn)circRNA參與調(diào)控多種生物學(xué)過程，涉及到生長發(fā)育、疾病等領(lǐng)域。目前有關(guān)circRNA調(diào)控牛骨骼肌發(fā)育的研究也見零星報道。Li等研究發(fā)現(xiàn),circRNA CircFUT10和circFGFR4分別能夠通過吸附miR-133a和miR-107調(diào)控牛骨骼肌細胞的增殖和分化過程[18-19]。Wei等發(fā)現(xiàn)circLMO7可以通過吸附miR-378a-3p調(diào)控牛骨骼肌細胞的分化和凋亡過程[20]。綜上可見circRNA在牛骨骼肌發(fā)育過程中具有重要調(diào)控作用。

4 展 望

研究表明，非編碼RNA(miRNAs、lncRNA和circRNA)在牛骨骼肌發(fā)育過程中具有重要的調(diào)控作用,這將為牛遺傳育種工作提供新的思路和視野，尤其是在肉產(chǎn)量和肉質(zhì)改良方面具有重大指導(dǎo)意義。然而，這些研究仍停留在基礎(chǔ)研究層面，怎樣才能轉(zhuǎn)化為可行的生產(chǎn)力，具有一定的局限性，仍需我們繼續(xù)努力挖掘有用的遺傳信息。