干货:反义lncRNA分子模型及实验方法

原标题:干货:反义lncRNA分子模型及实验方法
在真核生物中 , 长链非编码RNA(lncRNA)表达现象非常普遍 , 也是近年来的研究热点 。 其中 , 有一类lncRNA较为特殊 , 称为编码基因的反义lncRNA(AS-lncRNA) , 占比也是最大的(约占总lncRNA的40%) , 它们邻近编码基因(基因前、基因中、基因后) , 但转录方向与编码基因相反;在功能上 , AS-lncRNA在基本生物学过程(包括胚胎多能性 , 分化和发育)中显示出多重作用 , 并且与疾病的发生发展密切相关 。

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那么 , AS-lncRNA具体功能有哪些 , 以及如何通过实验研究的呢?
AS-lncRNA通过ceRNA机制调控基因表达前列腺癌(PCa)是全球主要的男性恶性肿瘤之一 , 研究者欲分析lncRNA与PCa的关系 , 从TCGA数据库获得了高表达的FOXP4-AS1:

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D.64例FOXP4-AS1高或低的PCa患者的总生存期;E.患有早期或晚期肿瘤的PCa患者中的表达水平;F.正常细胞RWPE-1与PCa细胞表达水平
通过细胞及动物实验 , 论证了FOXP4-AS1高表达对PCa的增殖促进能力:

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为了研究FOXP4-AS1在PCa中的调控模式 , 通过FISH实验确认了FOXP4-AS1主要位于细胞质 , 因此 , FOXP4-AS1应该是转录后调控 。 ceRNA是lncRNA的常见转录后调控模式,FOXP4-AS1是否具有miRNA结合能力呢?接下来 , 进行Ago2-RIP分析(Ago2是miRNA结合蛋白 , Ago2能沉淀下lncRNA , 说明miRNA可以与lncRNA结合) , 发现FOXP4-AS1与FOXP4均有miRNA结合潜力:

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进一步运用starbase数据库 , 筛选出五个可能与FOXP4-AS1和FOXP4结合的miRNA , 并通过双荧光素酶实验证明了miR-3184-5p与两者的结合:

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在两个PCa细胞中进行了拯救试验(是为了说明三者存在竞争结合) 。 细胞增殖测定表明 , miR-3184-5p上调或FOXP4下调逆转了FOXP4-AS1过表达对LNCaP细胞增殖的影响 。 此外 , 抑制miR-3184-5p的表达或抑制FOXP4的过度表达可减弱sh-FOXP4-AS1对PC-3细胞增殖的影响 , 这就说明lncRNA是通过调控另外两者而影响细胞表型 。

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AS-lncRNA通过与启动子互作调控基因表达SATB2-AS1在结直肠组织中特异性表达 , 并在结直肠癌(CRC)中下调 。 生存分析表明 , SATB2-AS1表达降低与生存能力差有关 。

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通过pulldown , 将下拉产物进行质谱分析 , 获得了与lncRNA结合的分子为WDR5和GADD45A , 前者是组蛋白H3K4甲基转移酶复合物的核心亚基 , 而后者参与维持基因组稳定性和DNA修复 , 并且在DNA脱甲基激活中起关键作用 , 两个蛋白都是染色质调节因子 。

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因为下拉的蛋白与甲基化有关 , 所以针对SATB2启动子区域进行亚硫酸氢盐测序以及H3K4me3-chip , 以检测CRC和正常组织中的CpG岛甲基化状态 。 发现R3和R4区两个区域甲基化存在差异 , 从而导致了SATB2基因表达变化 。

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因此 , SATB2-AS1通过调节SATB2启动子的DNA去甲基化和H3K4me3富集达到促表达的效果 。

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CRC中SATB2-AS1的拟议机制示意图
AS-lncRNA通过直接互作改变mRNA的半衰期针对五个胃癌(GC)细胞系和正常组织进行RNA测序 , 筛选到MKN28和KATOIII这两个KRT7-AS表达升高 。 该lncRNA在基因座上与KRT7mRNA中的第七外显子含有213bp的重叠区(OL):

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将KRT7-AS过表达后 , KRT7蛋白表达量有明显的提升:

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但是 , KRT7的mRNA水平没有明显变化:

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上述实验说明 , lncRNA不是作用于转录前的作用 , 也就排除启动子、增强子等机制 。 作者进一步验证了RNA的半衰期 , 通过使用α-amanitin阻断新的RNA合成 , 检测KRT7的mRNA半衰期,发现 , 过表达KRT7-AS之后 , KRT7的mRNA降解速度减缓: