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lncRNA 一開始被認為是由 RNA 聚合酶 II 轉(zhuǎn)錄形成的轉(zhuǎn)錄副產(chǎn)物,并沒有生物學功能,,只是一種轉(zhuǎn)錄噪音(遺傳噪音),。然后,現(xiàn)在越來越多的研究發(fā)現(xiàn) lncRNA 有及其重要的生理功能,,這些功能包括:遺傳印記(genetic imprinting),、基因組重排(genome rearrangement)、染色質(zhì)修飾(chromatin modification),、細胞周期調(diào)控,、轉(zhuǎn)錄、剪切,、mRNA 降解及蛋白的翻譯,。
研究發(fā)現(xiàn),數(shù)以千計的 lncRNA 參與調(diào)控了哺乳動物的基因調(diào)控,。很多關(guān)于 lncRNA 調(diào)控基因的機制研究,,也層出不窮。但是總的來說,lncRNA 對于基因表達的調(diào)控作用主要體現(xiàn)在三個方面:
1)表觀遺傳層面,;
2)轉(zhuǎn)錄調(diào)控層面,;
3)轉(zhuǎn)錄后調(diào)控層面。
(一)與印記(imprinted region)相關(guān)的 lncRNAs
所謂的印記基因是指僅一方親本來源的同源基因表達,,而來自另一親本的基因不表達的現(xiàn)象,。在腫瘤細胞中發(fā)現(xiàn),很多腫瘤細胞內(nèi)印記基因出現(xiàn)丟失的現(xiàn)象,,導致了基因表達的紊亂,。這可能是導致腫瘤發(fā)生的一個很重要的原因。很大一部分 lncRNA 定位于基因組的印記區(qū)域,。在過去十年中,,H19,、Xist 和 Meg3 等 lncRNA 被報道位于基因組的印記基因座(imprinted genomic loci),。
H19 是一個 2.3 kb 的 lncRNA,而且該分子特異性地在女性體內(nèi)表達,。H19 和胰島素樣生長因子 2(insulin-like growth factor 2,,IGF2)都定位于染色體的 11p15.5,而且這兩個基因間的間隔僅 90 kb,。H19 在脊椎動物胚胎期表達很高,,但是在出生后,表達迅速降低,。H19 和 IGF2 基因之間有印記控制區(qū)(imprinting control region,,ICR)。ICR 區(qū)域內(nèi)會發(fā)生甲基化,,這是參與調(diào)控基因印記的最主要的途徑,。當來源于母本的 ICR 區(qū)域沒有發(fā)生甲基化時,ICR 區(qū)域可以和轉(zhuǎn)錄因子 CTCR(CCCTC-binding factor)結(jié)合,,導致 H19 表達,,而 IGF2 表達沉默。但是在父本來源的 ICR 區(qū)域,,由于發(fā)生了甲基化現(xiàn)象,,導致了相反的基因表達情況。
在母系來源的細胞中,,由于存在兩條 X 染色體,,在生長發(fā)育的調(diào)控過程中,其中一條 X 染色體會失活,,這一現(xiàn)象被稱為 X 染色體失活(X-chromosome inactivation),。在這一過程中,長度為17kb 的 lncRNA 分子 XIST 發(fā)揮了重要的作用。XIST 表達后,,其5‘端編碼了另一個 lncRNA 分子,,Repeat A(RepA)。RepA 可以直接和 PRC2 分子(polycomb repressive complex 2)相互結(jié)合,,促進 XIST 進一步地表達,。大量表達的 XIST 分子附著在其中一條 X 染色體的表面,并誘導組蛋白的甲基化,,最終導致 X 染色體的失活,。
(二)lncRNA 對于染色質(zhì)修飾(Chromatin modification)的作用
lncRNA 可以調(diào)控轉(zhuǎn)錄,其機制是形成沉默復合物(silencing complex)并導致染色質(zhì)重排(chromatin remodeling),。lncRNA 介導基因調(diào)控的最主要的機制就是形成染色質(zhì)重排復合物(chromatin remodeling complex),。有研究表明,lncRNA(HOTAIR,、Kcnq1ot1 和 Air)可以和染色質(zhì)重排復合物(例如,,PCR1 和 PCR2)結(jié)合,介導下游的泛素化和組蛋白的甲基化,。
在 Kcnq1 基因座,,lncRNA Kcnq1ot1 可以與 PRC1 和 PRC2 結(jié)合形成復合物。在 Igf2r 基因座,, Air 能與組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶 G9a 相互作用,。在 HOXD 基因座,HOTAIR 可以招募 PRC2 形成復合物并導致下游靶基因的表達沉默,。進一步的研究表明,,染色質(zhì)重排復合物與 lncRNA 的結(jié)合是介導下游靶基因沉默特異性的重要原因。
HOTAIR 是一條長度為 2.2 kb 的 lncRNA,,位于染色體 12q13.13 的 HOXC 基因座,。HOTAIR 能與 PRC2 和 LSD1/CoREST/REST 復合物相互結(jié)合。作為一個起到分子骨架(molecular scaffold)作用的 lncRNA,,HOTAIR 的 5‘區(qū)域和 PRC2 結(jié)合,,介導了組蛋白的甲基化;HOTAIR 的 3’區(qū)域又能和 LSD1 結(jié)合,,介導組蛋白的去甲基化,。HOTAIR 所起到的作用就是將染色質(zhì)重排復合物定位到 2 號染色體的 HOXD 基因座位點,其結(jié)果是在轉(zhuǎn)錄過程中沉默大約 40kb 的 HOXD 區(qū)域,。HOTAIR 的過度表達,,可以使 PRC2 在染色體上的定位發(fā)生變化,導致基因表達和染色質(zhì)狀態(tài)的改變,,最終促進了腫瘤的轉(zhuǎn)移,。
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