長(zhǎng)非編碼RNA生物特征研究與分析
日期：2013-10-16 09:29:23
長(zhǎng)非編碼RNA 因其獨(dú)特的生物特征和復(fù)雜的生物功能引起國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注，來(lái)自西安電子科技大學(xué)，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所的研究人員針對(duì)長(zhǎng)非編碼 RNA的生物特征進(jìn)行研究和分析, 涉及長(zhǎng)非編碼 RNA的鑒定、數(shù)據(jù)特征和功能特異性。并論述了長(zhǎng)非編碼RNA的功能特異性, 包括表達(dá)的時(shí)空特異性, 復(fù)雜的代謝調(diào)控機(jī)制, 與復(fù)雜疾病的關(guān)系. 最后指出并探討長(zhǎng)非編碼 RNA 未來(lái)需進(jìn)一步研究的問(wèn)題和主要研究方向。
對(duì)基因組、轉(zhuǎn)錄組及表觀遺傳組等測(cè)序數(shù)據(jù)的研究發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物基因組中編碼蛋白質(zhì)的區(qū)域只占基因組區(qū)域的 1%~2%, 大量的區(qū)域不編碼產(chǎn)生蛋白質(zhì), 但會(huì)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生 RNA 分子, 其中一類長(zhǎng)度大于 200 nt的RNA分子稱為長(zhǎng)非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA). 長(zhǎng)非編碼 RNA 的基因結(jié)構(gòu)類似 mRNA, 具有 5′端帽子結(jié)構(gòu)、3′端聚腺苷酸尾巴以及剪接現(xiàn)象等類似于蛋白編碼基因的特性, 因此有時(shí)也將其稱為mRNA-like的非編碼RNA, 然而, 長(zhǎng)非編碼RNA在序列、結(jié)構(gòu)和功能等各個(gè)層面都體現(xiàn)了其獨(dú)特的生物特征。
研究表明長(zhǎng)非編碼 RNA 分子在生命過(guò)程的轉(zhuǎn)錄、調(diào)控等階段發(fā)揮了重要的生物功能. 長(zhǎng)非編碼 RNA作為獨(dú)立轉(zhuǎn)錄的 RNA分子, 具有廣泛的生物功能, 這一觀點(diǎn)正在被逐漸證實(shí)。
在這篇文章中，研究人員對(duì)長(zhǎng)非編碼 RNA 的生物特征進(jìn)行分析綜述, 重點(diǎn)探討長(zhǎng)非編碼 RNA 的鑒定方法和數(shù)據(jù)庫(kù)、長(zhǎng)非編碼 RNA數(shù)據(jù)的生物特征以及功能特異性, 在此基礎(chǔ)上展望長(zhǎng)非編碼 RNA 研究的發(fā)展趨勢(shì), 指出研究中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
首先研究人員從生物技術(shù)及計(jì)算預(yù)測(cè)兩個(gè)層面對(duì)長(zhǎng)非編碼RNA的鑒定方法進(jìn)行詳細(xì)闡述, 并列出當(dāng)前主要的長(zhǎng)非編碼 RNA 數(shù)據(jù)庫(kù)。其次, 分析長(zhǎng)非編碼 RNA 的生物特征: 核酸序列開(kāi)放閱讀框的長(zhǎng)度、密碼子偏好性、密碼子替換頻率、序列保守性等, 以及長(zhǎng)非編碼 RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)中長(zhǎng)莖發(fā)夾結(jié)構(gòu)的特異性出現(xiàn), 并論述了長(zhǎng)非編碼RNA的功能特異性, 包括表達(dá)的時(shí)空特異性, 復(fù)雜的代謝調(diào)控機(jī)制, 與復(fù)雜疾病的關(guān)系. 最后指出并探討長(zhǎng)非編碼 RNA 未來(lái)需進(jìn)一步研究的問(wèn)題和主要研究方向。
在長(zhǎng)非編碼 RNA 研究的關(guān)鍵問(wèn)題方面，研究人員指出，隨著各種高通量測(cè)序數(shù)據(jù)的不斷出現(xiàn), 通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的定量和定性分析來(lái)發(fā)現(xiàn)新的長(zhǎng)非編碼 RNA 是當(dāng)前一個(gè)重要的研究問(wèn)題. 但是通過(guò)計(jì)算方法進(jìn)行長(zhǎng)非編碼 RNA的鑒定有以下幾個(gè)難點(diǎn)和重點(diǎn), 首先其基因結(jié)構(gòu)類似 mRNA, 存在可變剪接現(xiàn)象, 一個(gè)長(zhǎng)非編碼 RNA基因可以轉(zhuǎn)錄多個(gè) RNA 分子, 發(fā)現(xiàn)多種可能的剪接形式對(duì)于準(zhǔn)確鑒定長(zhǎng)非編碼 RNA 至關(guān)重要; 其次, 長(zhǎng)非編碼 RNA 的表達(dá)量相比 mRNA較低, 當(dāng)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄本構(gòu)建的時(shí)候, 借助統(tǒng)計(jì)方法降低轉(zhuǎn)錄噪音以發(fā)現(xiàn)表達(dá)水平較低的轉(zhuǎn)錄本是轉(zhuǎn)錄本構(gòu)建中亟待解決的重要難題; 再次, 長(zhǎng)非編碼 RNA 與 mRNA 在基因位置上存在重疊, 怎么正確的區(qū)分他們, 不混淆、不遺漏地發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)非編碼 RNA 也是要解決的重要問(wèn)題。
另外還包括序列特征發(fā)掘，二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，功能預(yù)測(cè)，調(diào)控關(guān)系預(yù)測(cè)，長(zhǎng)非編碼 RNA 生物網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，以及長(zhǎng)非編碼 RNA 與疾病關(guān)系的研究等問(wèn)題。
在基因與疾病關(guān)系的研究中, 非編碼區(qū)域之前一直被忽略, 近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)非編碼 RNA 與疾病之間關(guān)系密切. 長(zhǎng)非編碼RNA BACE1-AS被發(fā)現(xiàn)與阿爾茨海默病發(fā)生發(fā)展有關(guān), HOTAIR 被發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)重編程染色質(zhì)狀態(tài)引發(fā)癌癥的轉(zhuǎn)移, Gibb 等人通過(guò) SAGE 技術(shù)對(duì)癌癥組織和正常組織對(duì)照分析發(fā)現(xiàn)大量可能與癌癥相關(guān)的長(zhǎng)非編碼 RNA. 通過(guò)對(duì)各種生物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析判斷長(zhǎng)非編碼 RNA 中發(fā)生的SNP 是否可以影響其功能, 并進(jìn)一步導(dǎo)致表型的變異和疾病的發(fā)生; 或者從長(zhǎng)非編碼 RNA 的表達(dá)分析來(lái)判斷其異常表達(dá)是否可以導(dǎo)致生物功能的改變
將是當(dāng)前長(zhǎng)非編碼 RNA 與疾病關(guān)系研究的核心. 因此, 借助全基因組關(guān)聯(lián)分析方法, 基于高通量測(cè)序數(shù)據(jù)以及各種疾病相關(guān)的 SNP 數(shù)據(jù)等, 長(zhǎng)非編碼 RNA異常表達(dá)及基因區(qū)域內(nèi)異常變異的發(fā)現(xiàn)以及長(zhǎng)非編碼 RNA 與疾病關(guān)系研究的開(kāi)展, 進(jìn)一步促進(jìn)了復(fù)雜疾病的分析診療, 發(fā)現(xiàn)了潛在的藥物靶標(biāo)。
