Cell 亮点| 反义lncRNA如何调控基因的表达？

来源：BioArt

撰文 | 黄蔚

反义lncRNA（antisense lncRNA）是指由基因（通常是蛋白编码基因）的反义链转录，并与该基因的mRNA存在序列重叠的RNA分子。随着对非编码RNA研究的深入，研究发现约70%的基因均有反义lncRNA【1】。更为重要的是，反义lncRNA往往与其正义链基因的表达存在相关性，提示反义lncRNA可能广泛地参与了蛋白编码基因的表达调控。

目前，关于反义lncRNA影响正义链基因表达的作用机制，主要有3类：1.反义lncRNA的转录过程，抑制正义链基因的转录，该机制认为反义链转录事件本身，而不是反义lncRNA，调控了基因的表达。2.反义lncRNA结合DNA或组蛋白修饰酶，调控所在基因座位的表观遗传学，从而影响正义链基因的表达。3.反义lncRNA与正义链mRNA通过碱基互补配对结合，影响mRNA的可变剪接等【2】。

2019年4月4日，来自美国哥伦比亚大学的Tom Maniatis教授在 Cell 上发表研究Antisense lncRNA Transcription Mediates DNA Demethylation to Drive Stochastic Protocadherin a Promoter Choice。该研究首次发现反义lncRNA的转录可以影响DNA甲基化，进而改变染色体结构，促进增强子与启动子的结合，调控Pcdhα基因的表达。该反义lncRNA的作用模型也解释了Pcdhα基因的可变外显子选择机制。

在神经发育过程中，单个神经细胞响应不同的信号分子，会分化为具有不同功能的细胞，并最终形成复杂的神经回路。在此过程中，神经细胞需要区别自身与其他神经元，这就需要一个细胞表面独特的识别蛋白。哺乳动物的Pcdh（Protocadherin，原钙黏附蛋白）就发挥了这样的功能，它具有多个随机启动的可变外显子，可产生多个转录本（isoform）（图1）。 

图1. Pcdhα基因

为了研究Pcdhα基因的表达调控，研究者系统地分析了该基因座位的转录情况，惊讶的发现每一个Pcdhα可变外显子的反义链，都存在一个保守的反义lncRNA。利用CRISPR dCas9-VPR系统激活反义lncRNA的表达，会促进相应可变外显子的转录。

那么反义lncRNA是如何促进响应正义转录本的转录的呢？研究者发现，反义lncRNA的转录，会造成该位点DNA去甲基化的发生，从而使远端增强子靠近该外显子的启动子，促进它的表达。如图2所示，Pcdhα基因座位均带有抑制表达的DNA甲基化修饰，而当反义lncRNA表达时，该外显子附近的DNA被DNA去甲基化酶TET3识别，去除了甲基化修饰，cohesin蛋白重塑了染色体的结构，HS5-1增强子与该基因座位的启动子结合，启动相应Pcdhα变体的表达。

图2

该研究从非编码RNA的角度揭示了Pcdhα基因变体的随机选择机制，然而，目前对反义lncRNA的表达驱动尚不清楚。对该问题的解决将有助于更全面的了解神经细胞身份的决定过程。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.03.008

制版人：珂

参考文献

1. Yiping He, Bert Vogelstein, Victor E. Velculescu，The Antisense Transcriptomes of Human Cells，SCIENCE VOL 322 19 DECEMBER 2008

2. Mohammad Ali Faghihi and Claes Wahlestedt，Regulatory roles of natural antisense transcripts. NATURE REVIEWS, VOlUME 10 | SEpTEMBER 2009 | 637