長鏈非編碼 RNA(lncRNA)研究策略
長鏈非編碼 RNA(long noncoding RNA,lncRNA)指的是轉錄本長度在 200-100000 nt 之間的 RNA 分子,它們不編碼蛋白,位于細胞核或胞質內,具有保守的二級結構。
研究顯示,lncRNA 并非以前所認識的那樣沒有功能,它可與蛋白質、DNA 和 RNA 相互作用,通過多種機制(如基因印記、染色質重塑、細胞周期調控、剪接調控、mRNA降解和翻譯調控等)在多種層面上(如表觀遺傳學、轉錄調控及轉錄后調控等)調控基因的表達水平。
lncRNA 參與多種生物學調控,在生命活動中發揮著重要的作用。隨著近些年來 lncRNA 相關論文發表量的成倍增加,該領域關注度也日益增高,已成為繼信使 RNA(mRNA)、小 RNA(microRNA、siRNA 等)之后功能基因組學最火熱的研究領域。
LncRNA 的經典研究思路如下:
現在很多人拿到測序結果或者芯片結果之后,無從下手。具體可以從以下幾個步驟著手:
第一步 確定差異lncRNA表達
利用 RT-PCR 或者 RT-qPCR 檢測 lncRNA 在不同細胞或者組織中的表達水平。
第二步 探究 lncRNA 特點
(1)通過 QD-FISH 原位雜交技術定位;或者通過細胞核質分離試劑盒得到 RNA,qRT-PCR 檢測其分布;
(2)全長序列試驗方法:通過 5′RACE 獲取 lncRNA5′ 全長, 3′RACE 獲取 lncRNA3′ 全長,最終得到 lncRNA 完整的全長序列。
第三步lncRNA的功能研究
lncRNA 較長,承載的信息量多,更容易形成高級結構,其功能具有多樣化和特異性強的特點。類似于 miRNA,探討 lncRNA 功能可用 gain/loss of function 策略,過表達或沉默 lncRNA 后觀察表型。即研究 lncRNA 功能獲得后或者功能缺失后對細胞增殖、凋亡、侵襲、轉移與克隆形成,以及病毒的轉錄復制等的影響。
(1)功能獲得性研究
構建 lncRNA 過表達質粒或者慢病毒、腺病毒包裝載體。原則上是將全長 lncRNA 定向克隆到表達載體上實現 lncRNA 的過表達。然而有些 lncRNA 很大或全長尚未分離,這時將視 lncRNA 在基因組上的定位采取不同的研究策略。在構建 lncRNA 表達質粒時,需關注 lncRNA 是否在蛋白編碼基因的啟動子區域或 3′-UTR 區域,勿遺漏重要區段。
(2)功能缺失性研究
可用 siRNA、shRNA、反義核酸、CRISPR/Cas9 等方法沉默 lncRNA,經 qRT-PCR 或 FISH 等驗證后觀察其對疾病相關基因表達和對細胞表型等的影響。
第四步 機制研究
lncRNA 可與蛋白質、DNA 和 RNA 相互作用,但是目前最常用的還是利用體外轉錄、RNA pull down、RNA-RIP(RNA Binding Protein Immunoprecipitation)、CHIRP-seq(Chromatin isolation by RNA Purification)、MS 等技術手段。
小知識:
RNA pull down 技術是檢測 RNA 結合蛋白與其靶 RNA 之間相互作用的重要實驗手段。利用體外轉錄法標記生物素 RNA 探針,然后與胞漿蛋白提取液孵育,形成 RNA-蛋白質復合物。該復合物可與鏈霉親和素標記的磁珠結合,從而與孵育液中的其他成分分離。復合物洗脫后,通過 Western Blot 實驗檢測特定的 RNA 結合蛋白是否與 RNA 相互作用。
RNA-RIP 技術是一種高通量檢測細胞內 RNA 與蛋白結合情況的技術,運用針對目標蛋白的抗體把相應的 RNA-蛋白復合物沉淀下來,然后經過分離純化就可以對結合在復合物上的 RNA 進行分析。RIP 技術下游結合 microarray 技術(被稱為「RIP-Chip」)幫助我們更高通量地了解癌癥以及其他疾病整體水平的 RNA 變化。
CHIRP-Seq 是一種檢測與 RNA 綁定的 DNA 和蛋白的高通量測序方法。采用生物素和鏈霉親和素探針把目標 RNA 拉下來后,則與其共同作用的 DNA 染色體片段就會附在磁珠上,最后把染色體片段做高通量測序,就會得到該RNA能夠結合在基因組的哪些區域;如果結合物是蛋白質,可以將蛋白質打斷成肽段進行質譜鑒定。
第五步 表達調控
將 lncRNA 表達與其他領域相結合,解釋其調控機理。(1)DNA 甲基化和乙酰化:可通過檢測相應基因甲基化、乙酰化差異與 lncRNA 結合分析。(2)轉錄因子:研究 lncRNA 與轉錄因子的調控機制。
第六步 體內驗證
有條件的實驗室,可以繼續在體內或者臨床樣本水平進行驗證。
lncRNA的作用機制不清楚,lncRNA 的功能非常難研究。當前很多通過研究 miRNA 與 lncRNA 的調控關系來揭示非編碼 RNA 的功能,最熱門的要數 ceRNA 調控網絡。相關的可利用資源包括:
(1)starBase 平臺構建了最全面的 CLIP-Seq 實驗支持的 miRNA 和 lncRNA 的調控關系網絡,包括構建了 ceRNA 調控網絡 。
(2)DIANA-LncBase 數據庫 只是構建了基于單個 CLIP-Seq 數據的 miRNA 和 lncRNA 調控關系。