長非編碼RNA 因其獨特的生物特征和復雜的生物功能引起國內(nèi)外廣泛關注，來自西安電子科技大學，中國科學院計算技術研究所的研究人員針對長非編碼 RNA的生物特征進行研究和分析, 涉及長非編碼 RNA的鑒定、數(shù)據(jù)特征和功能特異性。并論述了長非編碼RNA的功能特異性, 包括表達的時空特異性, 復雜的代謝調(diào)控機制, 與復雜疾病的關系. 最后指出并探討長非編碼 RNA 未來需進一步研究的問題和主要研究方向。

對基因組、轉(zhuǎn)錄組及表觀遺傳組等測序數(shù)據(jù)的研究發(fā)現(xiàn)哺乳動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), 但會轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生 RNA 分子, 其中一類長度大于 200 nt的RNA分子稱為長非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA). 長非編碼 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, 因此有時也將其稱為mRNA-like的非編碼RNA, 然而, 長非編碼RNA在序列、結(jié)構(gòu)和功能等各個層面都體現(xiàn)了其獨特的生物特征。

研究表明長非編碼 RNA 分子在生命過程的轉(zhuǎn)錄、調(diào)控等階段發(fā)揮了重要的生物功能. 長非編碼 RNA作為獨立轉(zhuǎn)錄的 RNA分子, 具有廣泛的生物功能, 這一觀點正在被逐漸證實。

在這篇文章中，研究人員對長非編碼 RNA 的生物特征進行分析綜述, 重點探討長非編碼 RNA 的鑒定方法和數(shù)據(jù)庫、長非編碼 RNA數(shù)據(jù)的生物特征以及功能特異性, 在此基礎上展望長非編碼 RNA 研究的發(fā)展趨勢, 指出研究中的幾個關鍵問題。

首先研究人員從生物技術及計算預測兩個層面對長非編碼RNA的鑒定方法進行詳細闡述, 并列出當前主要的長非編碼 RNA 數(shù)據(jù)庫。其次, 分析長非編碼 RNA 的生物特征: 核酸序列開放閱讀框的長度、密碼子偏好性、密碼子替換頻率、序列保守性等, 以及長非編碼 RNA二級結(jié)構(gòu)中長莖發(fā)夾結(jié)構(gòu)的特異性出現(xiàn), 并論述了長非編碼RNA的功能特異性, 包括表達的時空特異性, 復雜的代謝調(diào)控機制, 與復雜疾病的關系. 最后指出并探討長非編碼 RNA 未來需進一步研究的問題和主要研究方向。

在長非編碼 RNA 研究的關鍵問題方面，研究人員指出，隨著各種高通量測序數(shù)據(jù)的不斷出現(xiàn), 通過對轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的定量和定性分析來發(fā)現(xiàn)新的長非編碼 RNA 是當前一個重要的研究問題. 但是通過計算方法進行長非編碼 RNA的鑒定有以下幾個難點和重點, 首先其基因結(jié)構(gòu)類似 mRNA, 存在可變剪接現(xiàn)象, 一個長非編碼 RNA基因可以轉(zhuǎn)錄多個 RNA 分子, 發(fā)現(xiàn)多種可能的剪接形式對于準確鑒定長非編碼 RNA 至關重要; 其次, 長非編碼 RNA 的表達量相比 mRNA較低, 當進行轉(zhuǎn)錄本構(gòu)建的時候, 借助統(tǒng)計方法降低轉(zhuǎn)錄噪音以發(fā)現(xiàn)表達水平較低的轉(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)長非編碼 RNA 也是要解決的重要問題。

另外還包括序列特征發(fā)掘，二級結(jié)構(gòu)預測，功能預測，調(diào)控關系預測，長非編碼 RNA 生物網(wǎng)絡構(gòu)建，以及長非編碼 RNA 與疾病關系的研究等問題。

在基因與疾病關系的研究中, 非編碼區(qū)域之前一直被忽略, 近年來研究發(fā)現(xiàn)長非編碼 RNA 與疾病之間關系密切. 長非編碼RNA BACE1-AS被發(fā)現(xiàn)與阿爾茨海默病發(fā)生發(fā)展有關, HOTAIR 被發(fā)現(xiàn)可以通過重編程染色質(zhì)狀態(tài)引發(fā)癌癥的轉(zhuǎn)移, Gibb 等人通過 SAGE 技術對癌癥組織和正常組織對照分析發(fā)現(xiàn)大量可能與癌癥相關的長非編碼 RNA. 通過對各種生物實驗數(shù)據(jù)分析判斷長非編碼 RNA 中發(fā)生的SNP 是否可以影響其功能, 并進一步導致表型的變異和疾病的發(fā)生; 或者從長非編碼 RNA 的表達分析來判斷其異常表達是否可以導致生物功能的改變

將是當前長非編碼 RNA 與疾病關系研究的核心. 因此, 借助全基因組關聯(lián)分析方法, 基于高通量測序數(shù)據(jù)以及各種疾病相關的 SNP 數(shù)據(jù)等, 長非編碼 RNA異常表達及基因區(qū)域內(nèi)異常變異的發(fā)現(xiàn)以及長非編碼 RNA 與疾病關系研究的開展, 進一步促進了復雜疾病的分析診療, 發(fā)現(xiàn)了潛在的藥物靶標。