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lncRNA 在肿瘤中的作用
长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)是一类转录本长度超过200nt、不编码蛋白的RNA,这类RNA起初被认为是基因组转录的“噪音”,随着2007年Hotair功能的被发掘,lncRNA的功能渐渐明晰。据计算,约有93%的转录本为lncRNA1,lncRNA通常位于细胞核和细胞质。但是lncRNA的基因转录水平一般低于蛋白质编码基因,序列保守性差,承受的进化压力小,但promoter序列通常比较保守。lncRNA与小分子RNA相比,序列更长、空间结构也较为复杂,参与表达调控的机制也更具有多样性和复杂性。尽管目前只有一小部分lncRNA的功能有相关报道,但可以明确的是lncRNA参与发育、分化、代谢等多方面的调控。
lncRNA在癌症中显示出多种生物学功能:包括表观遗传调控、DNA损伤和细胞周期调控、对microRNA的调控、参与信号转导通路和介导激素导致的癌症2, 3。
在癌症中,lncRNA可以作为癌基因和抑癌基因的转录调控分子
4, 5。比如
过表达的HOTAIR lncRNA与恶性乳腺癌6、结肠癌7、肝癌8和胃肠道间质瘤
9有关。而lncRNATARID可以预防癌症形成,通过甲基化抑癌基因的表达10。
表观遗传调控
表观遗传是指遗传表型和基因表达发生了可遗传的改变,而不涉及DNA 序列的变化,主要包括DNA 甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑等修饰形式。近年来研究表明,lncRNAs 通过表观遗传调控介导癌症发生中起到至关重要的作用。
lncRNAs 能够通过表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等多个层面调节基因的表达,从而参与癌症中细胞增殖、分化和凋亡等多种生物学过程11。
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在癌症发展过程中,lncRNAs 参与了多种表观遗传复合物的调节过程,从而抑制或激活基因的表达。例如,lncRNAs可以与多梳蛋白复合体结合来调控癌症发生6。PRC1和2是已知的致癌基因,能够导致许多恶性肿瘤的发生。FAL1 lncRNA 与PRC1的亚基BMI1结合。在卵巢癌,FAL1被证明可以加快癌症的进展和缩短病人的生存时间。FAL1与BMI1结合可阻止BMI1降解以稳定PRC1复合物,这可使PRC1占据和抑制p21等目标基因的启动子,导致细胞周期失调和增加肿瘤发生的机会12。
除了PRC复合物,lncRNAs还与SWI/SNF染色质重塑复合物有关,SWI/SNF是一类重要的依赖ATP的染色质重塑复合物,能够改变核小体的高级折叠结构,干扰组蛋白与DNA结合,暴露启动子序列的结合位点,使转录因子能与特异性启动子序列结合,从而激活基因转录
13-16。在癌症中,
SWI/SNF染
色质重塑复合物被广泛认为是一种肿瘤抑制分子,因为有害突变出现在大约20%的癌症中17。
Lnc TCF7在肝癌细胞(HCC)高表达,在肝癌干细胞的自我更新能力的维护中起重要作用14。Lnc TCF7可以激活Wnt信号通路,通过结合和募集SWI/SNF复合物来与TCF7基因的启动子结合激活基因的表达,这导致了肝癌肿瘤的发生。
除此以外,lncRNAs还可以参与由DNA 甲基化、乙酰化等介导的基因转录过程来调控肿瘤发生过程。
DNA损伤和细胞周期调控
lncRNAs 广泛参与DNA 损伤修复、细胞周期调控等生理或病理过程调控肿瘤的发生发展18。
对DNA损伤进行修复和细胞周期检查点的适当调节对于维持细胞的完整性
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很重要14。p53 基因是研究最广泛的抑癌基因之一, 也是细胞内的一个强大的转录因子, 在正常状态下呈低水平表达。在各种应激包括DNA 损伤时, p53 可以被不同的信号通路激活, 通过增强其下游多种基因的转录而引起细胞周期阻滞、凋亡或衰老, 保持细胞基因组的完整性并清除损伤细胞19, 20。
在癌症中,lncRNAs作为调控分子调控P53基因和细胞周期
20。例如,
lincRNA-p21召集核糖核蛋白hnRNP-k来促进P21的转录,P21是一种调控p53信号通路的关键分子。lincRNA-p21的缺失使得G1/S检查点失控导致细胞的增殖增加21。
还有,lncRNA gadd7可抑制细胞周期G1/S 期转换,在DNA受到紫外线、铂顺化合物和生长抑制等损伤时会诱导lncRNA gadd7的表达22。
总的来说,这些机制表明lncRNAs在DNA损伤修复、细胞周期过程、细胞凋亡调控中是至关重要的把关分子,在这些过程中,lncRNA的失调会让癌细胞获得永生性。
与miRNA的作用
microRNA与很多疾病的发生发展有关,包括癌症23。miRNA可与靶RNA互补配对,导致基因的表达受制和蛋白合成受阻24。LncRNAs可与microRNA直接或间接作用,导致其失去调节功能。竞争性内源RNA(ceRNA)假说是一种全新的基因表达调控模式,长链非编码RNA转录物通过microRNA应答元件竞争结合相同的microRNA来调控各自的表达水平,从而影响细胞的功能25。
例如,H19lncRNA,是一个被研究了数十年的重要的癌症发生遗传因素26。H19 lncRNA编码和产生mir-675促进胃癌27、结直肠癌28、神经胶质瘤29的发生。
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