lncRNA介绍专题：lncRNA的相关生物学功能
相比mRNA，lncRNA 不具备典型的的启动密码子，启动子保守区，终止密码子，开放阅读框（ORF）等特性。lncRNA大多由RBA聚合酶Ⅱ转录得到，转录本长度大于200nt，结构类似于mRNA，部分 lncRNA经过剪切作用可以形成3′多聚腺苷酸尾和 5′帽子结构。40％～50％的 lnCRBA都有内含子，某些基因的lncRNA对转录过程、RNA输出和抑制RNA沉默途径起调控作用
lncRNA的生物学功能简述
在物种的进化过程中，non-coding RNA序列的保守性较高，大多数的sncRNA在人和小鼠这两个物种间的保守性达到80~90%。与之相比，lnRNA序列的保守性较低，序列的相似性与编码蛋白质基因的内含子区域相似。但是研究发现lncRNAＡ序列上的低保守性并不影响它在功能上的保守性。除基因序列保守 性，lncRNA在染色体上位置的保守性也影响基因功能。在生物体内，lncRNA直接以RNA的形式在表观遗传调控，专利调控以及调控细胞周期和分化等多层面上调控基因表达水平。
植物中lncRNA的生物学功能
植物中的lncRNA对植物的生殖发育和胁迫应答有非常重要的作用。例如，水稻中有一个 1236bp、与雄性不育有关的 lncRNA-LDMAR (long-day-specific malefertility-associated RNA),它的作用机制是LDMAR的启动子区域甲基化，抑制了LDMAR的转录，造成水稻花药的早熟性细胞程序性死亡，最终导致光照敏感的雄性不育。
lncRNA的另一种主要效应方式是作为诱饵分子间接调控目标基因的转录。拟芥中也有一个lncRNA-COLDAIR（cold assisted intronic noncoding RNA）它由FLC(FlowerLocusC)基因的第一个内含子转录而来，参与拟南芥的春化作用，通过仔细分析其功能，lncRNA在植物春化启始过程中与FLC染色质结合，影响FLC基因的沉默过程。深入分析发现COOLAIR可以影响H3K36me3的表观修饰水平，与PRC2沉默复合体并行调节FLC的沉默过程，使植物正常开花。
lnRNA的一种作用模式是通过形成稳定的RNA-DNA三聚体控制转录因子在启动子区域的特异性结合位点。DNA与RNA杂合链以及另外一条单链DNA所形成的特殊染色质结构叫R-loop，一般在基因转录过程中可以形成瞬时的R-loop，但很快会被去除。这一稳定结构会阻碍RNA的转录，并可能引起基因组的不稳定性。这一研究结果发表于国际著名期刊Science上，为植物学的基因调控研究引领了新的方向。
动物中lncRNA的生物学功能
一些lncRNA只在真核生物发育的特定阶段表达。 有研究发现这类RNA在果蝇和线虫的发育过程中呈 动态表达变化，多数lcRNA的时间和空间表达模式精确，但部分表达模式在不同种的果蝇中保守存在。通过原位杂交发现在黑腹果蝇胚胎发育过程中，有33个lncRNA高表达，是仅有16中枢神经系统表达。
动物中的lncRNA能在修饰染色质标记时发挥作用，并且能够直接与染色质修饰器相互作用。又研究表明，动物lncRNA中有一类叫enhancer RNA（eRNA），又基因的增强区域或者转录因子的结合位点转录而来，通过招募转录子或其抑制因子调控染色质的拓扑异构体来影响转录活动。
Xist是哺乳动物中 Ｘ染色体失活过程的关键基 因，是lncRNA的一种。在哺乳动物中存在剂量补 偿效应：Ｘ失活中心（X inactivation center， Xic）使一条染色体失活，等位基因完全沉默。Xist基因的位于Xic，通过与PRC2形成复合体介导基因沉默。Xist由Ｘ染色体转录得到，并附着于该染色体上，通过引起组蛋白甲基化导致 Ｘ染色体失活。
人体内lncRNA的生物学功能
人体内的二氢叶酸还原酶基因——DHFR含有２个启动子，依赖RNA的转录抑制：上游的启动子启动LncRNA转录，并与下游的启动子碱基互补形成ncRNA和蛋白质复合物，该复合物结构稳定，能够阻止 TFHB与启动子结合，从而抑制下游基因转录。这说明lcRNA在邻近基因中起抑制调节作用。
lncRNA与人类疾病和肿瘤有密切的关系。先天性畸形、神经系统疾病，以及心血管疾病都与某些lncRNA有关。除FOXL2基因突变外，lncRNA失调也是导致睑裂狭小综合征的重要原因：在 FOXL2基因附近发现的lncRNA-PISBT1在病变体中发生缺失现象。随着分子肿瘤学研究的深入，人们发现lncRNA涉及白血病、前列腺癌、乳腺癌、肝细胞癌、结肠癌等多种肿瘤的发生。最早发现具有肿瘤抑制作用的lncRNA是母源表达基因3 (maternally expressed gene3, MEG3)。父源印迹引起MEG3转录，MEG3调控区超甲基化导致其转录失活。MEG3有M1、M2和M3这3种二级结构，并通过其二级结构来介导抑癌基因的转录活化。MEG3在多数正常细胞中具有转录活性，尤其在脑和脑垂体中转录活性最高。在恶性肿瘤细胞中，MEG3转录水平非常低甚至检测不出。
References
本文整理总结于文献“长链非编码 ＲＮＡ的生物学功能和研究方法”
更多整合精彩见 生信基础知识100讲
还有更多文章，请移步公众号阅读
如果你生信基本技能已经入门，需要提高自己，请关注上面的生信技能树，看我们是如何完善生信技能，成为一个生信全栈工程师。
如果你是初学者，请关注下面的生信菜鸟团，了解生信基础名词，概念，扎实的打好基础，争取早日入门。