一文讀懂長非編碼RNA（lncRNA）的分類、功能及測序鑑定方法

RNA的重要調控功能發現歷程（Rinn et al.  Annu Rev Biochem, 2013）

 

長非編碼RNA，英文名爲long noncoding RNAs，縮寫爲lncRNA，是指長度大於200 核苷酸的非編碼RNA。LncRNA因具備很是重要的調控功能，且幾乎參與到了各類生物學過程和通路，與各類疾病的發生發展緊密關聯，從而成爲過去幾年和未來的研究熱點和重點。對於人類基因組來講，產生的lncRNA數量比編碼RNA的數量要多得多，目前除了少數lncRNA的功能比較明確外，大部分lncRNA的功能都還未知。很是值得去深刻研究。

 

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根據基因組上的位置關係，lncRNA主要能夠分爲如下三大類（以下圖所示）：

一、Intronic lncRNA，內含子lncRNA：主要產生於編碼基因的內含子區域；

二、Intergenic lncRNA，基因間區的lncRNA，也稱做lincRNA：主要產生於兩個編碼基因的中間區域；

三、Antisense lncRNA，反義lncRNA：主要產生於編碼基因的反義鏈；

具體以下圖所示：

按基因組上lncRNA的產生位置來分類（Scheuermannet al.  The EMBO Journal,2013）

 

固然lncRNA根據產生的基因組位置還可進一步細分爲下面的類型：

LncRNA按基因組上所處的位置細分（ Ransohoffetal.  NATURE REVIEWS | MOLECULAR CELLBIOLOGY, 2018）

 

目前已知的lncRNA功能衆多，主要能夠分爲如下幾類（以下圖所示）：

一、轉錄干擾；

二、誘導染色質重構和核小體修飾；

三、調控可變剪接模式；

四、產生內源siRNAs；

五、調控蛋白質的活性；

六、結構或組織功能；

七、改變蛋白質的定位；

八、小RNA的前體等。

具體以下圖所示：

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

 

至今爲止，已經發現了不少與發育或疾病特別是癌症發生發展緊密相關的lncRNA。下表給出了一些具體示例：

已知的一些與發育或疾病相關的經典lncRNA實例（Ransohoffetal.  NATURE REVIEWS | MOLECULAR CELLBIOLOGY, 2018）

 

此外，不少研究還發現lncRNA在各種組織中的表達比編碼RNA（mRNA）更具備組織特異性，說明lncRNA與組織的功能特異性密切相關，具體以下圖所示：

LncRNA在各種組織中的表達特異性狀況（Ransohoff et al.  NATURE REVIEWS | MOLECULAR CELL BIOLOGY, 2018）

 

那麼具體如何來鑑定和判斷一條RNA是否爲lncRNA呢？

目前，鑑定lncRNA的方法主要能夠分爲如下兩大類：

一、基於RNA-seq測序數據的自動註釋策略；

又可細分爲兩種方法：

i）Genome-guided的方法；

主要是先把RNA-seq數據匹配到參考基因組上，而後進行組裝獲得轉錄本序列（如Cufflinks、Stringtie等軟件），接着再用相應的軟件（如CPAT，CPC等）判斷轉錄本的編碼性與否。主要適用於有參考基因組的物種。

ii) De novo assembly的方法；

先經過從頭組裝/拼接的方法得到轉錄本的序列（如Trinity軟件），而後再用相應的軟件判（如CPAT，CPC等）斷轉錄本的編碼性與否。主要適用於無參考基因組的物種。

二、人工註釋；

人工註釋涉及到利用各類類型的數據來綜合註釋鑑定lncRNA，包括用EST、cDNA等數據來肯定轉錄本的主要結構，並用RNA-seq數據來判斷內含子區域，而後用CAGE tags來肯定轉錄本的5'端，Poly (A)測序來定位轉錄本的3'端。最後再用一些列的數據和方法來肯定RNA的編碼性，如序列進化特徵判斷的PhyloCSF方法、蛋白質譜數據、Ribosome Profiling等。

具體以下圖所示：

LncRNA的兩大類註釋方法（Uszczynska-Ratajczaket al.  Nature Review Genetics,2018）

 

如今已經有多個不一樣數據註釋了衆多的lncRNA，但不一樣數據庫註釋的lncRNA完整性和覆蓋度不大同樣，具體以下表所示：

註釋lncRNA的數據庫信息統計（Uszczynska-Ratajczak et al. Nature Review Genetics, 2018）

 

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參考文獻：

一、Rinn et al. Genome Regulation by Long Noncoding RNAs, Annu Rev Biochem, 2013

二、Wilusz et al. Long noncoding RNAs: functional surprises from the RNA world，Genes & Development, 2009

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

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