一文读懂长非编码RNA(lncRNA)的分类、功能及测序鉴定方法

房东的猫 提交于 2019-12-02 09:34:54

RNA的重要调控功能发现历程(Rinn et al. Annu Rev Biochem, 2013)

 

长非编码RNA,英文名为long noncoding RNAs,缩写为lncRNA,是指长度大于200 核苷酸的非编码RNA。LncRNA因具有非常重要的调控功能,且几乎参与到了各种生物学过程和通路,与各种疾病的发生发展紧密关联,从而成为过去几年和将来的研究热点和重点。对于人类基因组来说,产生的lncRNA数量比编码RNA的数量要多得多,目前除了少数lncRNA的功能比较明确外,大部分lncRNA的功能都还未知。非常值得去深入研究。

 

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根据基因组上的位置关系,lncRNA主要可以分为以下三大类(如下图所示):

1、Intronic lncRNA,内含子lncRNA:主要产生于编码基因的内含子区域;

2、Intergenic lncRNA,基因间区的lncRNA,也称作lincRNA:主要产生于两个编码基因的中间区域;

3、Antisense lncRNA,反义lncRNA:主要产生于编码基因的反义链;

具体如下图所示:


按基因组上lncRNA的产生位置来分类(Scheuermannet al. The EMBO Journal,2013)

 

当然lncRNA根据产生的基因组位置还可进一步细分为下面的类型:


LncRNA按基因组上所处的位置细分( Ransohoffetal. NATURE REVIEWS | MOLECULAR CELLBIOLOGY, 2018)

 

目前已知的lncRNA功能众多,主要可以分为以下几类(如下图所示):

1、转录干扰;

2、诱导染色质重构和核小体修饰;

3、调控可变剪接模式;

4、产生内源siRNAs;

5、调控蛋白质的活性;

6、结构或组织功能;

7、改变蛋白质的定位;

8、小RNA的前体等。

具体如下图所示:


目前已知的一些lncRNA的功能(Wilusz et al. Genes & Development, 2009)

 

至今为止,已经发现了很多与发育或疾病特别是癌症发生发展紧密相关的lncRNA。下表给出了一些具体示例:


已知的一些与发育或疾病相关的经典lncRNA实例(Ransohoffetal. NATURE REVIEWS | MOLECULAR CELLBIOLOGY, 2018)

 

此外,很多研究还发现lncRNA在各类组织中的表达比编码RNA(mRNA)更具有组织特异性,说明lncRNA与组织的功能特异性密切相关,具体如下图所示:


LncRNA在各类组织中的表达特异性情况(Ransohoff et al. NATURE REVIEWS | MOLECULAR CELL BIOLOGY, 2018)

 

那么具体如何来鉴定和判断一条RNA是否为lncRNA呢?

目前,鉴定lncRNA的方法主要可以分为以下两大类

1、基于RNA-seq测序数据的自动注释策略;

又可细分为两种方法:

i)Genome-guided的方法;

主要是先把RNA-seq数据匹配到参考基因组上,然后进行组装得到转录本序列(如Cufflinks、Stringtie等软件),接着再用相应的软件(如CPAT,CPC等)判断转录本的编码性与否。主要适用于有参考基因组的物种。

ii) De novo assembly的方法;

先通过从头组装/拼接的方法获得转录本的序列(如Trinity软件),然后再用相应的软件判(如CPAT,CPC等)断转录本的编码性与否。主要适用于无参考基因组的物种。

2、人工注释;

人工注释涉及到利用各种类型的数据来综合注释鉴定lncRNA,包括用EST、cDNA等数据来确定转录本的主要结构,并用RNA-seq数据来判断内含子区域,然后用CAGE tags来确定转录本的5'端,Poly (A)测序来定位转录本的3'端。最后再用一些列的数据和方法来确定RNA的编码性,如序列进化特征判断的PhyloCSF方法、蛋白质谱数据、Ribosome Profiling等。

具体如下图所示:


LncRNA的两大类注释方法(Uszczynska-Ratajczaket al. Nature Review Genetics,2018)

 

现在已经有多个不同数据注释了众多的lncRNA,但不同数据库注释的lncRNA完整性和覆盖度不大一样,具体如下表所示:


注释lncRNA的数据库信息统计(Uszczynska-Ratajczak et al. Nature Review Genetics, 2018)
 

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参考文献:

1、Rinn et al. Genome Regulation by Long Noncoding RNAsAnnu Rev Biochem, 2013

2、Wilusz et al. Long noncoding RNAs: functional surprises from the RNA worldGenes & Development, 2009

3、Ransohoff et al. The functions and unique features of long intergenic non-coding RNANATURE REVIEWS | MOLECULAR CELL BIOLOGY, 2018

4、Uszczynska-Ratajczak et al. Towards a complete map of the human long non-coding RNA transcriptome, Nature Review Genetics, 2018

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