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长链非编码RNA调控肿瘤生长

2013.8.19

  人类基因组能够产生10000多种长链非编码RNA(lncRNA),但是至今为止,人们只知道几十种lncRNA分子的功能。

  加州大学圣地亚哥分校的Liuqing Yang等人发表在Nature上的一项研究成果表明,两种lncRNAs可以与雄激素受体结合并控制其功能。雄激素受体是一种转录因子,能够激活成千上万个基因,作为对雄激素分泌的响应。为了抵抗激素治疗,雄激素受体会产生突变,而这种突变很可能会引发癌症。研究人员发现抑制这两种 lncRNAs可以抑制由上述原因引发的前列腺癌细胞的生长。

  自上世纪40年代去势被证实可以减慢前列腺癌病程以来,雄激素信号一直都被认为是前列腺癌发展的主要助推力。因此,雄激素剥夺疗法一直是治疗晚期前列腺癌治疗的主要手段,并取得了较好的效果。可是大多数人在采用这种治疗手段2年内都会对此方法产生耐受。现在人们已经清楚地了解到,这种耐受性是由于各种机制重组性激素受体信号所致。

  有很大比例的lncRNAs 都与染色质(DNA-蛋白质复合物)调控因子有关,其中有一部分通过调节相关基因表达的特异染色质标记物,对特定的染色体区域进行“标记”。研究人员已经找到若干前列腺癌特异性的 lncRNAs,并发现其中一些与前列腺癌不同的亚型相关。美国食品和药品管理局(FDA)已经于2012 年批准了利用lncRNA PCA3进行前列腺癌检测。尽管我们已经发现了多种癌症相关的lncRNAs,但大多数lncRNAs的功能依然需要进一步了解。

  Yang 等报告称,两种lncRNAs(PRNCR1 和 PCGEM1)在许多前列腺癌症过程中呈现高水平,增强了雄激素受体的相关转录程序以促进肿瘤的生长。研究人员利用ChIRP 分析(近期开发出的一种RNA定位方法)证实,这些 lncRNAs与雄激素受体共同定位在染色体上激素响应元件的末端。

  据观察,PRNCR1与雄激素受体的乙酰化C端发生了互作,利用DOT1L酶使得雄激素受体N端甲基化;该步骤对于PCGEM1与雄激素受体结合是非常必要的。随后PCGEM1 与 Pygo2蛋白发生互作。Pygo2可以绑定到H3K4me3(基因启动子序列普遍存在的一种H3组蛋白染色质甲基标记)。

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  Yang 和他的同事们的进一步研究表明,PCGEM1 和 Pygo2能够促进增强子序列和启动子“成环”,由此激活雄激素受体的靶基因,这是一种最近才确认的lncRNAs功能。此外,无论是否存在雄激素,截断的雄激素受体也能依赖这些lncRNAs保持活性。lncRNA 可以抑制那些依赖及不依赖雄激素生长的癌细胞。如果这些结果可以在后续的研究中被重复得到,那么lncRNAs就可以作为一种药物靶点,这将成为对抗晚期前列腺癌的一个显著进步。

  除了前列腺癌症的研究,目前的研究结果也阐明了部分基础的分子机制。PRNCR1 和 PCGEM1强调了RNA与序列特异性DNA结合蛋白互作所产生的新作用——改变转录因子的活性。lncRNAs 和转录因子之间相互联系可以编程分步骤对转录因子进行化学修饰,使得增强子向靶基因提供连贯的信息流。这些研究结果还加强了关于 lncRNAs 介导增强子-启动子成环机制的认识。RNA介导的蛋白质招募要求一种对启动子相关组蛋白标记具有亲和力的蛋白质,位于增强子元件末端,可以稳定DNA成环,促进三维空间信息的沟通。这意味着lncRNAs不仅仅是简单的支架,它更像是一个复杂的计算机电路板,连接各种不同的分子元件,并指挥系统的逻辑运算。

  Yang和同事的研究也提出了大量的问题。例如,研究人员发现了一系列特异的RNA-蛋白质互作,其中的分子细节应该进一步地调查。目前也尚不清楚是否已经确定了所有参与这些互作的元件,是否其他的类固醇激素受体或转录因子也以相似的机制发挥作用。

  此外,PRNCR1和PCGEM1水平的调控机制仍不清楚。实验数据表明,PRNCR1 和 PCGEM1水平范围对于适当雄激素信号至关重要,但现在还不知道 lncRNA 生物合成以及这些 RNAs增长的机制。近期的研究发现,人类癌症过程中有许多的 lncRNAs失调,了解这些转录物是如何生成的以及调控机制对于该领域的研究非常重要。复杂的RNA机制旨在促进以癌症的诊断和预防的目的的RNA工程技术的发展,而不是简单地对于lncRNA水平进行调控。

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