背景[1-6]
microRNA和lncRNA检测通过“microRNA与lncRNA结合验证”，“microRNA与靶基因结合验证”和“lncRNA与靶基因3’UTR竞争结合microRNA验证”实验，构建Sensor reporter并进行活性检测，对lncRNA，microRNA与靶基因这三者间的作用机制作出准确判断。
lncRNA的作用机制有很多，以ceRNA（competing endogenous RNA，竞争性的内源RNA）形式发挥功能是其中的一种，即lncRNA与靶基因的3’UTR竞争结合相同的microRNA，降低microRNA对靶基因的抑制功能，从而上调靶基因的表达量。
为了检测其效果，我们可以用Western Blot检测靶蛋白的表达水平，也可以用qRT-PCR检测靶基因的表达。但是这两种方式都无法确定lncRNA是否通过ceRNA方式调控靶基因的表达。非编码RNA是指不编码蛋白质的RNA，因其异常表达而与许多疾病发生密切相关，在细菌、真菌、哺乳动物等许多生物体的生命活动中发挥着极广泛的调控作用,因此受到研究者的重视并成为热点研究领域。
非编码RNA目前主要研究包括长链非编码RNA和微小RNA，长链非编码RNA(Long non-coding RNA,lncRNA)通过多种机制发挥其生物学功能,这些机制包括基因印记、染色质重塑、细胞周期调控、剪接调控、mRNA降解和翻译调控等。
lncRNA通过这些作用机制在不同水平进行基因表达调控；而微小RNA(microRNA，miRNA)是一种长度约21-23nt的非编码RNA,成熟的miRNA主要作用是对基因转录后水平进行负向调节，通过引起其靶mRNA的降解或翻译过程的中断而参与细胞增殖、凋亡、免疫、神经内分泌以及干细胞分化等众多生命过程。总之，它们不再被认为是不能编码蛋白质的垃圾RNA，而研究非编码RNA对了解基因调控、基因敲除、人类疾病防治及生物进化探索等都具有重要意义。
在细胞核内，由DNA转录生成pri-pre-microRNA被Drosha酶切割pri-pre-miRNA成形成长度大约70-100碱基的、具发夹结构的pre-microRNA。该前体RNA经核输出蛋白转运到细胞质，经Dicer酶切割形成成熟的miRNAs。成熟miRNA主要是以RISC（RNA-induced silencing complex）复合体形式结合于靶mRNA而发挥基因表达调控作用。由于microRNA在众多程序的调控，诸如生物发育、细胞增殖和凋亡以及近来被证明与肿瘤发生相关等领域发挥作用，因此其鉴定和定性研究成为迅速发展的一大研究领域。
应用[7][8]
microRNA和lncRNA检测可用于癌症与非编码RNA(microRNA与IncRNA)关系网络的构建和分析：
非编码RNA与癌症的关系是近几年研究的热点,什么样的非编码RNA可作为癌症的诊断、预后标志物,是精准医学时代的关键问题之一。本文通过构建非编码RNA与癌症的关联网络,分析microRNA以及lncRNA与癌症的相关性,旨在寻找可作为标志物的非编码RNA在其与癌症关系网络中的特征,为寻找非编码RNA标志物提供不同的视角和分析方法。
通过Web of Science索引平台人工采集数据,同时整合了已报道相关数据库中的数据资源,构建ncRCancer数据库。该数据库包含microRNA和lncRNA两类非编码RNA与癌症关联数据:microRNA与癌症关联网络包含644个microRNA、137类癌症、4359组对应关系;lncRNA与癌症关联网络包含347个lncRNA、109类癌症、844组对应关系。通过网络分析发现,这两个网络均符合Scale-free网络分布。
在microRNA与癌症关联网络中,发现3.7%的microRNA可以关联到81.02%的癌症。92.17%的microRNA标志物与多类癌症相关联,表明Universal microRNA(与多类癌症相关联的microRNA)相比Specific microRNA(仅与一类癌症相关联的microRNA),更有可能成为生物标志物。Universal microRNA不仅独立调控基因以及调控重要生物功能基因的能力明显高于Specific microRNA;在信号通道富集中,Universal microRNA所富集的癌症信号通道也高于Specific micro RNA。
在lncRNA与癌症关联网络中,发现4.9%的lncRNA可以关联到80.7%的癌症,与microRNA比例类似。在多类癌症中,lncRNA作为microRNA的竞争内源性RNA产生作用。在它们之间的调控关系中,癌症中lncRNA通过海绵化microRNA控制基因表达,microRNA通过致癌或抑癌基因影响癌症发展。将非编码RNA(包含microRNA和lncRNA)、基因和信号通道、癌症构成三元网络,更好地分析非编码RNA在网络中的特征。本课题从网络结构和生物功能等角度,探讨非编码RNA和癌症的关系以及作用机制,为癌症相关的非编码RNA标志物的寻找以及计算模型开发提供理论指导。
参考文献
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[3]Non-coding RNAs in human disease.Manel Esteller.Nature Reviews Genetics.2011
[4]MicroRNA-1826 directly targets beta-catenin(CTNNB1)and MEK1(MAP2K1)in VHL-inactivated renal cancer.Hiroshi Hirata,Yuji Hinoda,Koji Ueno,Koichi Nakajima,Nobuhisa Ishii,Rajvir Dahiya.Carcinogenesis.2012
[5]miR-21:an androgen receptor-regulated microRNA that promotes hormone-dependent and hormone-independent prostate cancer growth.Ribas Judit,Ni Xiaohua,Haffner Michael,Wentzel Erik A,Salmasi Amirali Hassanzadeh,Chowdhury Wasim H,Kudrolli Tarana A,Yegnasubramanian Srinivasan,Luo Jun,Rodriguez Ron,Mendell Joshua T,Lupold Shawn E.Cancer Research.2009
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[7]ChIPBase:a database for decoding the transcriptional regulation of long non-coding RNA and microRNA genes from ChIP-Seq data.Yang Jian-Hua,Li Jun-Hao,Jiang Shan,Zhou Hui,Qu Liang-Hu.Nucleic Acids Research.2012
[8]赵静怡.癌症与非编码RNA(microRNA与IncRNA)关系网络的构建和分析[D].苏州大学,2017.