如何揭开长非编码RNA之谜
为什么细胞要花精力去严格调控这些非编码RNA的表达和定位？这些RNA分子的功能是什么？随着RNA测序技术的发展，人们可以一窥这种神秘的分子。现在lncRNA的很多相关信息都可以在新的数据库中找到，比如布罗德研究所、哈佛大学和麻省理工学院联合开发的人体图谱Linc RNA目录。然而，现在人们所知道的只是冰山一角，lncRNA还有大量的功能有待科学家去探索。
LncRNA研究工具
现在，lncRNA研究的主要挑战之一是研究工具仍在开发和改进中，包括设计具有不同lncRNA检测探针的芯片。安捷伦公司的SurePrint G3基因表达V2微阵列就是其中之一。这种芯片的探针设计不仅参考了主要公共数据库中的mRNA，还参考了布罗德研究所开发的lincRNA和TUCP(不可数编码潜能的转录本)数据库，可以同时检测编码RNA和非编码RNA。据安捷伦基因表达产品经理Corinna Nunn介绍，lncRNA的表达水平低于编码RNA。“因此，芯片具有较宽的动态范围非常重要，这样才能保证对低表达水平基因的检测。”
Affymetrix还推出了新版人类全转录表达谱芯片GeneChip？基因2.0阵列可以在一个芯片上同时检测mRNA和lincRNA。芯片的设计结合了几个数据库资源，包括RefSeq、Ensemble、布罗德研究所的人体地图lincRNAs和TUCP目录。“我们的超高密度芯片有一个独特的探针，可以检测每个转录物的每个外显子上的多个位点，确保最大限度地捕捉相关的生物信息，”Affymetrix的Tsetska Takova说。生物通www.ebiotrade.com
Arraystar从2009年开始设计lncRNA芯片。最近，该公司刚刚发布了第三代lncRNA芯片人类lncRNA微阵列V3.0，可以检测mRNA和LNC RNA。Arraystar的技术支持专家艾德·戴维斯表示，表达谱往往是研究lncRNA的第一步，但开发lncRNA表达芯片仍然很复杂，多个lncRNA数据库的共存是一个复杂的因素。“为此，我们通过将公共数据库与LNCNA重要论文中的信息相结合，建立了一个可靠的综合LNCNA数据库，”戴维斯说。此外，设计lncRNA探针并不容易，因为lncRNA经常与附近的蛋白质编码基因重叠。戴维斯介绍，“传统的芯片探针是‘基因特异性’的，换句话说，它是探针靶转录本的3’端，因此无法区分可变转录起始位点或剪接方式形成的多个转录本。但Arraystar的探针是“转录本特异性的”，可以针对外显子和剪接点，检测单个基因的不同转录本。"
lncRNA的功能
阐明lncRNA的功能并不容易。戴维斯介绍，“与microRNA不同，lncRNA可以通过许多机制发挥作用，很难根据其序列推断其功能。”据Affymetrix公司Takova称，实际上已知功能的lncRNA不到1%。然而，越来越多的研究表明，lncRNA在正常细胞分化和肿瘤发生中起着重要作用。随着人们逐渐了解正常状态和疾病状态的区别，科学家认为非编码RNA可以作为疾病诊断和预测的生物学指标。
如何研究lncRNA的功能？据专家介绍，除了表达谱的研究，与特定lncRNA相关的蛋白质编码基因也可以提供lncRNA功能的有价值信息。Illumina公司RNA和表观遗传学市场经理Chris Streck也认为，分析整个转录组无疑比仅仅研究编码RNA更有价值。他指出，在ENCODE(DNA Components百科全书)计划的推动下，研究人员现在更加重视综合研究，包括RNA、DNA和调控功能，其中非编码RNA的作用日益突出。(ENCODE项目的目标是识别人类基因组中的所有转录区域、转录因子关联、染色质结构和组蛋白修饰。)生物学是www.ebiotrade.com。
不列颠哥伦比亚癌症机构的伊万·吉布正在研究lncRNA在疾病中的作用。“尽管许多LNCNAs已经用基因组进行了注释，但大多数LNCNAs的功能仍然缺乏证据，”吉布说。“我确信有成千上万的lncRNA是有功能的，但我们仍然需要注意一个事实，即通用转录并不意味着通用功能。从转录谱上阐明lncRNA的功能是非常重要的。”例如，罗马Sapienza大学的研究小组阐述了lncRNA的功能，它作为一种内源性竞争RNA控制肌肉分化。吉布指出，lncRNA研究的另一个挑战是发现lncRNA的结构和功能之间的关系。“一些研究指出，lncRNA的结构是基于结构域的，这有点类似于蛋白质的编码基因，”他说。“但这种组织形式是如何形成的，lncRNA的结构与其功能是如何关联的，还需要进一步研究。”
在癌症和其他疾病中的作用
很明显，lncRNA在疾病中起着重要的作用。lncRNA是如何对疾病进程产生强烈影响的？安捷伦公司的高级科学家安妮·博格斯特伦·卢卡斯介绍了布罗德研究所的一项新研究。p53通常会抑制数百个基因，如果p53相关的lncRNA水平下调，这些基因的表达就会受到影响。“指出lncRNA对肿瘤抑制或致癌作用有直接影响，将为开发新的癌症疗法奠定基础，”她说。此外，ENCODE项目的最新进展也表明，约80%的非编码基因组在基因调控中发挥作用。
吉布正在研究在人类癌症中异常表达的lncRNA的功能。“一般来说，我们可以用计算机对深度测序得到的数据进行分析，确定lncRNA在疾病中的异常表达。阐明这些lncRNA的功能依赖于传统的生化方法，”吉布说。“分析lncRNA在人类癌症中的功能，不仅将大大扩展癌症治疗的靶点，还将帮助人们开发新的癌症治疗方法。例如，可以通过反义RNA或靶lncRNA-蛋白质相互作用进行基因调控。”
许多研究表明，lncRNA不仅是一种调节因子，还是疾病的生物学指标，如命名为HOTAIR的lncRNA。HOTAIR在乳腺原发肿瘤和转移肿瘤中的表达会增加，HOTAIR在原发肿瘤中的表达水平可用于有效预测癌症转移和死亡。另一种称为PCA3(前列腺癌抗原3)的lncRNA在前列腺癌中高度过表达。这种lncRNA存在于尿液中，临床检测相当方便。最近，FDA批准了一种商业检测试剂盒Progensa PCA3 test，可用于临床。此外，据Arraystar的Davis介绍，lncRNA-HEIH在肝细胞癌中也是高表达的，可以通过Arraystar的lncRNA芯片检测到。
除了癌症，lncRNA调控在一些遗传疾病中也起着重要作用，例如，lncRNA调控异常与短指/趾畸形和HELLP综合征有关。此外，研究表明，lncRNA可以稳定阿尔茨海默病中关键酶的mRNA。lncRNA能否为我们揭示编码基因之外的疾病调控机制？Arraystar的戴维斯说:“在我看来，最令人兴奋的进展是，越来越多的证据表明，lncRNA与人类重大疾病密切相关，lncRNA可以比蛋白质编码的RNA更好地用于疾病诊断和预后。”希望有一天，非编码RNA能成为帮助人们抵抗疾病的有力武器。