生物细胞非编码RNA的调控Abstract:EpigeneticsisthestudyofmeioticallyandmitoticallyheritablechangesingeneexpressionthatarenotcodedforintheunderlyingDNAsequence.Thetermepigeneticsisderivedfromepi-(meaningupon)andgenetics.Epigeneticregulationofmammaliangeneexpressionhasprofoundeffectsincontrollingcellgrowth,differentiationandcancerdevelopment.TheimportantepigeneticmechanismsincludeDNAcytosinemethylation,histonemodificationsandthemorerecentlydiscoverednon-codingRNAs.Non-codingRNAsarefunctionalRNAmoleculesthatarenottranslatedintoproteins.Themainclassesofregulatorynon-codingRNAsincludesiRNA,miRNA,piRNAandlongnon-codingRNAs.Thereisgrowingevidencethatregulatorynon-codingRNAsplayessentialrolesintheregulationofgeneexpressionandareimportantinmammaliandevelopmentanddiseaseprocesses.Here,wereviewcurrentresearcheffortsaimedatunderstandingnon-codingRNAsandtheirmechanismsoffunctioninmammaliancells.Keywords:epigenetics;non-codingRNAs;DNAmethylation;histonemodifications;mammaliancells目前表观遗传学(Epigenetics)通常被定义为基因表达通过有丝分裂或减数分裂发生了可遗传的改变,而DNA序列不发生改变。表观遗传学的机制主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰及非编码RNA。DNA甲基化(DNAmethylation)是指在DNA甲基转移酶(DNA-methyltransferases,DNMTs)的催化下,CpG二核苷酸中的胞嘧啶被选择性地添加甲基,形成5-甲基胞嘧啶。DNA甲基转移酶有两种,其中DNMT1主要起维持甲基化的作用,能使半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞嘧啶相对应的胞嘧啶甲基化,可参与DNA复制双链中新合成链的甲基化;而DNMT3a和DNMT3b主要起形成甲基化的作用,能在未发生甲基化的DNA双链上进行甲基化。DNA甲基化一般与基因的沉默相关,DNA去甲基化则与基因的活化相关。组蛋白修饰(Histonemodifications)是指组蛋白的基础氨基末端尾部突出于核小体,常在转录后发生变化,包括甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化等翻译后的修饰,这些修饰构成了丰富的“组蛋白密码”(Histonecode),能影响染色质的压缩松紧程度,因此在基因表达中起重要的调节作用。其中甲基化是组蛋白重要的修饰方式,多发生于组蛋白H3、H4的赖氨酸(K)和精氨酸(A)残基上,组蛋白赖氨酸甲基化既可以导致激活,也可以导致抑制,通常取决于它所位于的残基情况。如H3K9、H3K27和H4K20甲基化一般与异染色质形成有关,是学者们熟知的重要的“失活”标记物(Hallmark),而“活性”标记物则包括H3K4及H3K36的甲基化。乙酰化也是组蛋白重要的修饰方式,多发生于N-末端保守的赖氨酸残基上,如组蛋白H3上的9号和14号赖氨酸残基,H4上的5号、8号、12号和16号赖氨酸残基,组蛋白H3和H4上赖氨酸的乙酰化与活化或开放的染色质有关。与此相反,赖氨酸残基经脱乙酰作用导致染色质压缩和基因的失活。不同的组蛋白修饰之间可以相互影响,并与DNA甲基化相互作用。非编码RNA(Non-codingRNAs)是指不能翻译为蛋白的功能性RNA分子,分为看家非编码RNA(Housekeepingnon-codingRNA)和调控非编码RNA(Regulatorynon-codingRNA),其中具有调控作用的非编码RNA按其大小主要分为两类:短链非编码RNA(包括siRNA、miRNA、piRNA)和长链非编码RNA(Longnon-codingRNA,lncRNA)(表1)。尽管近年来大量研究表明非编码RNA在表观遗传学修饰中扮演了重要的角色,能在基因组水平及染色体水平对基因表达进行调控,决定细胞分化的命运,但相对于其他生物(酵母、果蝇、线虫及植物等),哺乳动物细胞中表观遗传学的研究相对滞后。1siRNAsiRNA来源于长的双链RNA分子(包括RNA病毒复制子、转座子或转基因靶点等),经Dicer酶剪切为21~25nt的双链RNA片段,装载至AGO蛋白而发挥作用，近年研究表明,siRNA能在哺乳动物细胞中介导DNA甲基化图1非编码RNA在表观遗传学中的作用和组蛋白修饰,从而导致转录基因沉默(Transcriptionalgenesilencing,TGS)。Kawasak等首先合成了靶向CpG岛E-cadherin基因启动子的siRNA,通过亚硫酸氢盐修饰结合测序法(Bisulphitesequencing)证实,同源siRNA转染的细...
