关于lncRNA，你必须知道的秘密（内附彩蛋）

lncRNA 一开始被认为是由 RNA 聚合酶 II 转录形成的转录副产物，并没有生物学功能，只是一种转录噪音（遗传噪音）。然后，现在越来越多的研究发现 lncRNA 有及其重要的生理功能，这些功能包括：遗传印记（genetic imprinting）、基因组重排（genome rearrangement）、染色质修饰（chromatin modification）、细胞周期调控、转录、剪切、mRNA 降解及蛋白的翻译。

研究发现，数以千计的 lncRNA 参与调控了哺乳动物的基因调控。很多关于 lncRNA 调控基因的机制研究，也层出不穷。但是总的来说，lncRNA 对于基因表达的调控作用主要体现在三个方面：

1）表观遗传层面； 

2）转录调控层面； 

3）转录后调控层面。

（一）与印记（imprinted region）相关的 lncRNAs 

所谓的印记基因是指仅一方亲本来源的同源基因表达，而来自另一亲本的基因不表达的现象。在肿瘤细胞中发现，很多肿瘤细胞内印记基因出现丢失的现象，导致了基因表达的紊乱。这可能是导致肿瘤发生的一个很重要的原因。很大一部分 lncRNA 定位于基因组的印记区域。在过去十年中，H19、Xist 和 Meg3 等 lncRNA 被报道位于基因组的印记基因座（imprinted  genomic loci）。 

H19 是一个 2.3 kb 的 lncRNA，而且该分子特异性地在女性体内表达。H19 和胰岛素样生长因子 2（insulin-like growth factor 2，IGF2）都定位于染色体的 11p15.5，而且这两个基因间的间隔仅 90 kb。H19 在脊椎动物胚胎期表达很高，但是在出生后，表达迅速降低。H19 和 IGF2 基因之间有印记控制区（imprinting control region，ICR）。ICR 区域内会发生甲基化，这是参与调控基因印记的最主要的途径。当来源于母本的 ICR 区域没有发生甲基化时，ICR 区域可以和转录因子 CTCR（CCCTC-binding factor）结合，导致 H19 表达，而 IGF2 表达沉默。但是在父本来源的 ICR 区域，由于发生了甲基化现象，导致了相反的基因表达情况。

在母系来源的细胞中，由于存在两条 X 染色体，在生长发育的调控过程中，其中一条 X 染色体会失活，这一现象被称为 X 染色体失活（X-chromosome inactivation）。在这一过程中，长度为17kb 的 lncRNA 分子 XIST 发挥了重要的作用。XIST 表达后，其5‘端编码了另一个 lncRNA 分子，Repeat A（RepA）。RepA 可以直接和 PRC2 分子（polycomb repressive complex 2）相互结合，促进 XIST 进一步地表达。大量表达的 XIST 分子附着在其中一条 X 染色体的表面，并诱导组蛋白的甲基化，最终导致 X 染色体的失活。

（二）lncRNA 对于染色质修饰（Chromatin modification）的作用 

lncRNA 可以调控转录，其机制是形成沉默复合物（silencing complex）并导致染色质重排（chromatin remodeling）。lncRNA 介导基因调控的最主要的机制就是形成染色质重排复合物（chromatin remodeling complex）。有研究表明，lncRNA（HOTAIR、Kcnq1ot1 和 Air）可以和染色质重排复合物(例如，PCR1 和 PCR2)结合，介导下游的泛素化和组蛋白的甲基化。

在 Kcnq1 基因座，lncRNA Kcnq1ot1 可以与 PRC1 和 PRC2 结合形成复合物。在 Igf2r 基因座， Air 能与组蛋白甲基转移酶 G9a 相互作用。在 HOXD 基因座，HOTAIR 可以招募 PRC2 形成复合物并导致下游靶基因的表达沉默。进一步的研究表明，染色质重排复合物与 lncRNA 的结合是介导下游靶基因沉默特异性的重要原因。

HOTAIR 是一条长度为 2.2 kb 的 lncRNA，位于染色体 12q13.13 的 HOXC 基因座。HOTAIR 能与 PRC2 和 LSD1/CoREST/REST 复合物相互结合。作为一个起到分子骨架（molecular scaffold）作用的 lncRNA，HOTAIR 的 5‘区域和 PRC2 结合，介导了组蛋白的甲基化；HOTAIR 的 3’区域又能和 LSD1 结合，介导组蛋白的去甲基化。HOTAIR 所起到的作用就是将染色质重排复合物定位到 2 号染色体的 HOXD 基因座位点，其结果是在转录过程中沉默大约 40kb 的 HOXD 区域。HOTAIR 的过度表达，可以使 PRC2 在染色体上的定位发生变化，导致基因表达和染色质状态的改变，最终促进了肿瘤的转移。