盡管lncRNA作為單點創(chuàng)新已經(jīng)沒有那么充分,，但是lncRNA與其他熱點的交叉方向依舊是國自然中標(biāo)熱門。你的國自然標(biāo)書是不是還需要一些lncRNA的素材,？

今天小編分享的這篇發(fā)表在《Nature Reviews Molecular Cell Biology》的綜述系統(tǒng)論述了lncRNA的生成,、亞細(xì)胞定位、轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平的基因調(diào)控功能與機(jī)制,，并且探討了lncRNA在疾病發(fā)生發(fā)展中的功能和潛在應(yīng)用,。

lncRNAs的生物發(fā)生

大多數(shù)lncRNA由PolⅡ轉(zhuǎn)錄。因此,，許多具有5′端m7G帽和3′端poly（A）尾,，并且被認(rèn)為與mRNAs類似地轉(zhuǎn)錄和處理。然而,，最近的研究已經(jīng)開始揭示lncRNA的不同轉(zhuǎn)錄,、加工,、輸出和轉(zhuǎn)換，這與它們的細(xì)胞命運(yùn)和功能密切相關(guān),。

lncRNA的核定位和命運(yùn)在多個層次上受到協(xié)調(diào)調(diào)控,，從轉(zhuǎn)錄和加工到核輸出，通過順式結(jié)構(gòu)中的多個序列基序和反式結(jié)構(gòu)中的多個因子,。除了與染色質(zhì)相連外,，一些核保留的功能性lncRNA還特別定位于無膜核域,。盡管這類最具代表性的lncRNA是通過不尋常的生物發(fā)生途徑加工的,，但在特定的核結(jié)構(gòu)域中捕獲這類lncRNA的分子機(jī)制仍不清楚。盡管如此,，鑒于lncRNA的不同形式,、大小和功能，仍需要更多的工作來剖析控制lncRNA不同核定位模式的機(jī)制的區(qū)別和共性,。

很大一部分lncRNA被輸出到細(xì)胞質(zhì)中,；這些lncRNA大概與mRNAs有相同的處理和輸出途徑。事實上,，最近的一項研究顯示,，具有一個或只有幾個外顯子的A/U豐富以及長的轉(zhuǎn)錄本依賴于NXF1途徑進(jìn)行輸出。由于lncRNA與mRNA相比,，外顯子往往較少,，因此它們優(yōu)先利用這種輸出途徑。抵達(dá)細(xì)胞質(zhì)后,，lncRNA可能經(jīng)歷特定的分選過程,，將不同的lncRNA分配到特定的細(xì)胞器中，或者分布在細(xì)胞質(zhì)中,，并與不同的RNA結(jié)合蛋白（RBPs）關(guān)聯(lián),。

lncRNA的基因調(diào)控

基因表達(dá)受lncRNA多水平調(diào)控。lncRNA通過與DNA,、RNA和蛋白質(zhì)的相互作用,，調(diào)節(jié)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能以及鄰近和遠(yuǎn)緣基因的轉(zhuǎn)錄，影響RNA的剪接,、穩(wěn)定性和翻譯,。此外，lncRNA參與細(xì)胞器和核凝聚物的形成和調(diào)節(jié),。

蛋白質(zhì)-lncRNA在染色質(zhì)上的定位和功能：許多l(xiāng)ncRNA定位于染色質(zhì)上,，在染色質(zhì)上它們可以與蛋白質(zhì)相互作用，促進(jìn)或抑制它們在靶向DNA區(qū)域的結(jié)合和活性,。此外例如CTCF介導(dǎo)的染色質(zhì)相互作用,，也可以作為靶基因上lncRNA直接轉(zhuǎn)錄效應(yīng)的促進(jìn)劑,。盡管lncRNA與染色質(zhì)因子的結(jié)合引起了人們的極大興趣，但在評估這種相互作用時應(yīng)謹(jǐn)慎,，在這些研究中應(yīng)采用嚴(yán)格的方法,。此外，一個給定的lncRNA與其相互作用的因子的表達(dá)水平可以確定lncRNA對靶染色質(zhì)的影響程度,。PRC2在目標(biāo)染色質(zhì)上的結(jié)合和擴(kuò)散已被特別描述為由幾個lncRNA促進(jìn)的,，在某些情況下是通過特征良好的序列元素。這種類型的相互作用可以發(fā)生在順式和反式中,。其他因素很可能參與調(diào)控lncRNA介導(dǎo)的PRC靶向,。除了基因沉默因子外，lncRNA還可以招募染色質(zhì)修飾劑,，促進(jìn)基因激活,。

lncRNA和DNA之間的直接相互作用：lncRNA的一個基本特征是它們有可能與DNA產(chǎn)生雜交結(jié)構(gòu)以影響染色質(zhì)的可及性。這種相互作用可以采取三螺旋（triplexes）或R環(huán)的形式,。由于難以在體內(nèi)檢測到這兩種類型的結(jié)構(gòu),，這兩種結(jié)構(gòu)的實際普遍性仍然未知。然而,，三聯(lián)體和R-環(huán)的形成很可能是普遍的,，對許多l(xiāng)ncRNA的調(diào)控活動至關(guān)重要。RNA–DNA–DNA三聯(lián)體被認(rèn)為是非編碼RNA–DNA相互作用介導(dǎo)基因沉默或激活的一個例子,。一個更廣泛研究的lncRNA與染色質(zhì)相互作用的模式發(fā)生在R環(huán)上,，長期以來一直被認(rèn)為是對基因組穩(wěn)定性的威脅。然而,，R環(huán)的短暫性使其成為理想的調(diào)控中樞,，最近的研究結(jié)果表明，它們可以作為基因表達(dá)的調(diào)節(jié)者和DNA修復(fù)的協(xié)調(diào)者進(jìn)行重新評估,。

lncRNA與其鄰近基因之間的相對位置是決定其調(diào)控關(guān)系的關(guān)鍵因素,。由于發(fā)現(xiàn)廣泛的反義和雙向lncRNA轉(zhuǎn)錄在進(jìn)化上是保守的，因此lncRNA的非隨機(jī)基因組分布可能代表了基因在進(jìn)化上的一種適應(yīng),，即以特定背景的方式調(diào)節(jié)自身的表達(dá),。

通過lncRNA進(jìn)行基因沉默：lncRNA所介導(dǎo)的最著名的基因抑制機(jī)制與基因劑量補(bǔ)償有關(guān)，這種功能的主要代表是lncRNA XIST,；在其他基因座,，順式作用的lncRNA可以通過直接或間接地與靠近其轉(zhuǎn)錄位點的染色質(zhì)相互作用來促進(jìn)染色質(zhì)的非活性狀態(tài)；lncRNA可以通過干擾轉(zhuǎn)錄機(jī)制來抑制基因的表達(dá),，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子或Pol II在被抑制的啟動子上的招募改變,，組蛋白修飾的改變和染色質(zhì)可及性的降低，例如小鼠印記Airn lncRNA,，它決定了mESC分化過程中等位基因特異性表達(dá)的發(fā)生,。

在增強(qiáng)子上轉(zhuǎn)錄的lncRNA：活性增強(qiáng)子可以轉(zhuǎn)錄成兩種主要的lncRNA：eRNAs和增強(qiáng)子相關(guān)的lncRNA（elncRNA）,。這兩組轉(zhuǎn)錄本的主要區(qū)別在于它們的特點：eRNAs是相對較短的雙向封頂轉(zhuǎn)錄本，通常是無片段的,、非聚腺苷酸化的和不穩(wěn)定的,。相比之下，elncRNA大多是單向的,、多聚腺苷酸化的和拼接的,。一些增強(qiáng)子位點產(chǎn)生elncRNA，其表達(dá)與其增強(qiáng)子元件的表達(dá)有關(guān),。值得注意的是,，elncRNA剪接與相關(guān)增強(qiáng)子的活性呈正相關(guān)，并與鄰近蛋白質(zhì)編碼基因的豐度呈正相關(guān),。此外,，elncRNA可以與染色質(zhì)調(diào)控蛋白協(xié)同調(diào)控染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。eRNA功能的基因激活機(jī)制也可以定義elncRNA的功能,。elncRNA激活的基因常常導(dǎo)致與人類疾病相關(guān)的復(fù)雜表型。

涉及順式作用lncRNA的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)：lncRNA對順式基因的調(diào)控不僅僅是由一個lncRNA對鄰近基因的一對一效應(yīng)所決定的,，lncRNA是復(fù)雜的調(diào)控單元的一部分,，在這個單元中，一個蛋白編碼基因的表達(dá)可能受到兩個或多個lncRNA以及轉(zhuǎn)錄物依賴性和轉(zhuǎn)錄物無關(guān)性機(jī)制的協(xié)調(diào)活動調(diào)控,。其中一些單元作用于基本的發(fā)育基因或在維持正常和過度增殖過程之間的平衡方面具有重要功能的位點,。幾個相互依賴的因素出現(xiàn)在lncRNA功能的關(guān)鍵調(diào)控因素中：lncRNA和靶基因的相對位置，共同轉(zhuǎn)錄RNA-DNA和RNA-蛋白質(zhì)相互作用的形成,，以及調(diào)控效應(yīng)是由lncRNA轉(zhuǎn)錄物還是由其轉(zhuǎn)錄物介導(dǎo),。這些因素的細(xì)胞特異性共存決定了各個lncRNA的調(diào)控潛力。

定位在細(xì)胞核的lncRNA,，可以與DNA,、RNA、蛋白質(zhì)等多種分子相互作用,，調(diào)控染色體結(jié)構(gòu)和功能,；或者順式或反式調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄，影響mRNA的剪接,、穩(wěn)定和翻譯等,。一些lncRNA定位在細(xì)胞核內(nèi)的無膜亞結(jié)構(gòu)內(nèi)，如核斑 (nuclear speckle),、核旁斑 (paraspeckle),、核內(nèi)應(yīng)激小體 (nuclear stress body) 等, 參與調(diào)控他們的組裝和功能。

除了在轉(zhuǎn)錄調(diào)控和核組織中的作用外,，lncRNA還控制著基因表達(dá)的其他幾個方面,，有些lncRNAs甚至被翻譯成功能性肽,。盡管如此，作為非編碼RNA,，lncRNA主要是通過其與蛋白質(zhì)和核酸建立相互作用的能力發(fā)揮作用,。

lncRNA與蛋白質(zhì)直接相互作用的模式：lncRNA通過與RNA序列座或結(jié)構(gòu)結(jié)合形成特定的lncRNA-蛋白復(fù)合物(lncRNPs)，從而參與轉(zhuǎn)錄后調(diào)控,，導(dǎo)致mRNA剪接和轉(zhuǎn)換的改變,，在某些生物學(xué)背景下，還參與信號通路的調(diào)節(jié),。除了與序列座結(jié)合外,，lncRNA還可以折疊成結(jié)構(gòu)，與參與關(guān)鍵信號通路的蛋白質(zhì)相互作用,。

與其他RNA配對以招募蛋白質(zhì)復(fù)合物：一些lncRNA可以直接與其他RNA進(jìn)行堿基配對,，隨后招募參與mRNA降解的蛋白。反式作用的lncRNA正在成為重要的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)因子,。未來的研究不僅需要通過鑒定lncRNA的功能模塊來更好地剖析單個lncRNA-蛋白質(zhì)相互作用的分子基礎(chǔ),，而且還需要揭示不同lncRNA之間的機(jī)制共性。

海綿狀小RNA：一些含有miRNA互補(bǔ)位點的lncRNA可以作為競爭內(nèi)源性RNA或miRNAs的“海綿”調(diào)節(jié)基因表達(dá),，從而降低靶向mRNAs的miRNAs可用性,。

細(xì)胞器的調(diào)節(jié)功能：許多l(xiāng)ncRNA被定位到特定的細(xì)胞器，如外泌體和線粒體,。由于外泌體定期被釋放到細(xì)胞外環(huán)境中,，外泌體定位的lncRNA可以被分泌并最終進(jìn)入受體細(xì)胞，在這些細(xì)胞中,，lncRNA被發(fā)現(xiàn)參與了表觀遺傳調(diào)控,、細(xì)胞類型重編程和基因組不穩(wěn)定性。線粒體定位的lncRNA可以由核DNA和線粒體DNA編碼,，并且通常與線粒體代謝,、細(xì)胞凋亡和線粒體與核的串聯(lián)有關(guān)。

lncRNA的生理病理作用

lncRNA的各種基因調(diào)控活動影響著生理學(xué)的不同方面,，從細(xì)胞分化,、生長和對各種壓力及刺激的反應(yīng)，到在神經(jīng),、肌肉,、心血管、脂肪,、造血和免疫系統(tǒng)及其相關(guān)病理中的關(guān)鍵作用,。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育是一個特別復(fù)雜的過程，需要精確的基因時空調(diào)控,。哺乳動物的大腦是一個轉(zhuǎn)錄高度復(fù)雜的器官,，表達(dá)了大約40%的哺乳動物lncRNA,。細(xì)胞培養(yǎng)和小鼠模型已經(jīng)將lncRNA牽扯到神經(jīng)元分化和損傷后的再生中。這些lncRNAs通常與在神經(jīng)發(fā)生中具有特殊作用的蛋白編碼基因有關(guān),。例如,，lncRNA Silc1和轉(zhuǎn)錄因子SOX11在小鼠背根神經(jīng)節(jié)的細(xì)胞中共表達(dá)，并在神經(jīng)損傷后共同誘導(dǎo),。一些lncRNA的脫調(diào)與帕金森病,、亨廷頓病、側(cè)肌萎縮性硬化癥或阿爾茨海默病有關(guān),。例如,，BACE1-AS可促進(jìn)BACE1 mRNA的穩(wěn)定性，導(dǎo)致阿爾茨海默病患者腦中神經(jīng)毒性淀粉樣蛋白水平增加,。在這些人的血漿中可以檢測到BACE1-AS,，從而作為一種潛在的疾病生物標(biāo)志物。

lncRNA在造血細(xì)胞分化中作用的廣泛研究強(qiáng)調(diào)了分化驅(qū)動轉(zhuǎn)錄因子和lncRNA的協(xié)調(diào)活動,。因此,，lncRNA在激活或抑制編碼炎癥分子的基因表達(dá)方面具有決定性作用。關(guān)鍵免疫基因的誘導(dǎo)可能取決于炎癥刺激之前其調(diào)節(jié)lncRNA的表達(dá),，代表了訓(xùn)練免疫中免疫基因引物的必要步驟,。lncRNA的活動參與了對分化線索和應(yīng)激的反應(yīng)，觸發(fā)了基因表達(dá),，其中它們表現(xiàn)出高度特異的調(diào)控功能，是正確分化和組織穩(wěn)態(tài)所必需的,。

與癌癥發(fā)生和發(fā)展相關(guān)的lncRNA的數(shù)量不斷增加,，可以在Lnc2Cancer或Cancer LncRNA  Census數(shù)據(jù)庫中查詢。lncRNA參與獲取癌細(xì)胞的每一個特征,，從增殖和生存的內(nèi)在能力,，增加新陳代謝，到與腫瘤微環(huán)境的關(guān)系,。有大量證據(jù)表明細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)依賴于lncRNA的作用,。盡管在癌細(xì)胞中表達(dá)的數(shù)千個lncRNA中只有一小部分可能在某種程度上發(fā)揮作用，但這些仍在很大程度上有待研究,。lncRNA在化療和免疫治療中的作用,、與腫瘤預(yù)后的關(guān)系以及對腫瘤微環(huán)境的影響等相關(guān)問題值得進(jìn)一步研究。

在疾病中具有關(guān)鍵作用的lncRNA可能是治療靶點,。高組織特異性和細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)特定方面的調(diào)節(jié)表明,，lncRNA在與其靶向相關(guān)的潛在、不良毒性作用方面優(yōu)于蛋白質(zhì),。此外,，缺乏翻譯,，快速轉(zhuǎn)換和低表達(dá)水平可能有助于以較低的劑量產(chǎn)生更快的效果。目前,，治療性lncRNA靶向的最先進(jìn)嘗試是基于反義寡核苷酸（ASO）的使用,。這些分子本質(zhì)上是單鏈DNA寡核苷酸，可以基于序列同源性和RNA可及性快速設(shè)計,。重要的是,，ASOs適用于下調(diào)保留在細(xì)胞核中的lncRNA。使用小分子來靶向lncRNA的開發(fā)較少,。基于CRISPR-Cas系統(tǒng)的工具是精確調(diào)控lncRNA的最通用和最有前途的工具之一,。

雖然目前我們對lncRNA的特征和功能多樣性有了較為清晰的認(rèn)識。然而這種認(rèn)識只代表了其基因調(diào)控潛力的一小部分,。鑒于其非編碼的性質(zhì)和較低的序列保護(hù)性,，我們?nèi)匀贿h(yuǎn)遠(yuǎn)沒有理解lncRNA序列和結(jié)構(gòu)特征如何與其功能相關(guān)。越來越明顯的是,，lncRNA的多種特征可以定義其功能,。這些特征包括它們的序列、表達(dá)水平,、加工,、細(xì)胞定位、結(jié)構(gòu)組織以及與其他分子的相互作用,。對所有這些特征的綜合認(rèn)識將有望提高功能性lncRNA的識別和分類水平,。

lncRNA如何影響復(fù)雜的生理過程和疾病的發(fā)生是非常重要的問題。我們目前的認(rèn)識表明,，lncRNA可以對細(xì)胞的規(guī)格和疾病進(jìn)行微調(diào),。這些功能需要更深入的理解，不僅要提供生理病理過程的完整圖像,，而且因為lncRNA可以以高度特異性作為治療靶點,。考慮到它們的特點,，疾病相關(guān)的lncRNA在個體化治療中具有更大的相關(guān)性,。這一領(lǐng)域的進(jìn)展將與更好地理解lncRNA的基因調(diào)控方式密切相關(guān)。