骨骼肌發(fā)育調(diào)控相關(guān)lncRNAs研究進(jìn)展

占思遠(yuǎn)，李　利，王林杰，仲　濤，張紅平

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)畜禽遺傳資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 611130)

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骨骼肌發(fā)育調(diào)控相關(guān)lncRNAs研究進(jìn)展

占思遠(yuǎn)，李利，王林杰，仲濤，張紅平*

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)畜禽遺傳資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 611130)

摘要：長(zhǎng)鏈非編碼RNA(Long non-coding RNA，lncRNA)是一類(lèi)長(zhǎng)度大于200 個(gè)核苷酸、無(wú)蛋白質(zhì)編碼功能的RNA。相對(duì)于研究較多的短鏈非編碼RNA，lncRNA的種類(lèi)繁多，數(shù)量占哺乳動(dòng)物基因組的絕大部分，功能目前尚不完全清楚。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA的功能涉及表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、細(xì)胞分化、胚胎發(fā)育以及疾病發(fā)生等諸多方面。本文總結(jié)了lncRNA的分類(lèi)、作用機(jī)制及其在骨骼肌發(fā)育調(diào)控和家養(yǎng)動(dòng)物中的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)鏈非編碼RNA；作用機(jī)制；骨骼肌發(fā)育；調(diào)控

骨骼肌的發(fā)育是由多種因素參與并受?chē)?yán)格調(diào)控的復(fù)雜生物學(xué)過(guò)程，對(duì)哺乳動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育有著重要的影響。骨骼肌細(xì)胞的增殖與分化是骨骼肌發(fā)育研究的核心問(wèn)題，以往的研究主要集中于各類(lèi)成肌調(diào)控因子的時(shí)序表達(dá)及其對(duì)骨骼肌細(xì)胞增殖分化的調(diào)控機(jī)理，包括成肌調(diào)節(jié)因子家族(Myf5、MyoD、MyoG 和 Myf6)、肌細(xì)胞增強(qiáng)因子-2(Myocyte enhancer factor-2，MEF-2)家族、含有配對(duì)結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子Pax家族成員Pax3和Pax7等。隨著對(duì)哺乳動(dòng)物中RNA轉(zhuǎn)錄本日漸深入的研究，哺乳動(dòng)物基因組上大部分的非編碼RNA被證實(shí)具有重要的基礎(chǔ)代謝以及調(diào)控功能，例如rRNA、tRNA、miRNA、siRNA以及Piwi蛋白互作RNA(piRNA)等。其中短鏈ncRNA(miRNA、siRNA以及piRNA)被重點(diǎn)關(guān)注并被證實(shí)在哺乳動(dòng)物生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖等生理代謝過(guò)程中具有廣泛的調(diào)控作用[1]。然而長(zhǎng)鏈非編碼RNA(Long non-coding RNA，lncRNA)是一類(lèi)在真核生物體內(nèi)主要由RNA聚合酶Ⅱ指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄而成并且長(zhǎng)度大于200 nt的ncRNA[2]，由于已知功能甚少，其對(duì)應(yīng)的基因組DNA序列甚至被認(rèn)為是“垃圾”DNA。近年的研究表明，lncRNA能在表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平上等多個(gè)層次調(diào)控基因的表達(dá)，并參與了X染色體沉默、基因組印記、胚胎發(fā)育、脂肪代謝調(diào)控、骨骼肌生長(zhǎng)發(fā)育以及染色質(zhì)修飾等重要的調(diào)控過(guò)程。本文將概述lncRNA的分類(lèi)、作用機(jī)制及其在骨骼肌發(fā)育調(diào)控方面的研究進(jìn)展。

1lncRNA的分類(lèi)與作用機(jī)制

lncRNA是一類(lèi)長(zhǎng)度大于200個(gè)核苷酸，無(wú)蛋白質(zhì)編碼潛能的RNA。lncRNA通常較長(zhǎng)，具有mRNA樣結(jié)構(gòu)和啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)，有些具有poly(A)尾巴，有些沒(méi)有poly(A)尾巴，與編碼基因相比，lncRNA表達(dá)量更低。許多l(xiāng)ncRNA都具有保守的二級(jí)結(jié)構(gòu)，一定的剪切形式以及亞細(xì)胞定位；同時(shí)lncRNA的表達(dá)也具有時(shí)空特異性。這種保守性和特異性表明它們是具有功能的。根據(jù)它們?cè)诨蚪M上相對(duì)于蛋白質(zhì)編碼基因的位置，將其分為5類(lèi)，包括反義型lncRNA、增強(qiáng)子型lncRNA、發(fā)散型lncRNA、內(nèi)含子型lncRNA和基因間型lncRNA(lincRNA)[3]。依據(jù)lncRNA的功能，可以將其劃分為信號(hào)分子(Signal molecule)、誘騙分子(Decoy molecule)、引導(dǎo)分子(Guide molecule)以及骨架分子(Scaffold molecule)等4類(lèi)分子類(lèi)型[4]。目前相關(guān)科研人員已經(jīng)建立了多個(gè)lncRNA的數(shù)據(jù)庫(kù)(表1)。這些數(shù)據(jù)庫(kù)所收錄的lncRNA數(shù)據(jù)來(lái)自于NCBI和已發(fā)表的論文，包括人、小鼠、豬、雞和牛等物種的lncRNA信息。

目前的研究表明，lncRNA發(fā)揮生物學(xué)功能的主要作用機(jī)制有基因印記、染色質(zhì)重塑、組蛋白修飾、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期調(diào)控等。已有研究證實(shí)，H19[5]、X染色體特異性失活轉(zhuǎn)錄本[6](X inactivation-specific transcription，Xist)等多種lncRNAs參與了基因組印記。lncRNA調(diào)控機(jī)制中很重要的一部分就是導(dǎo)致染色質(zhì)重塑，有作者研究了干細(xì)胞中l(wèi)ncRNA與組蛋白甲基化的調(diào)控關(guān)系。研究人員利用定制的lncRNA芯片篩選不同類(lèi)型樣本(小鼠胚胎干細(xì)胞、譜系限制性神經(jīng)前體細(xì)胞和終端分化成纖維細(xì)胞)中l(wèi)ncRNA表達(dá)差異，分析其表達(dá)變化及啟動(dòng)子區(qū)域H3K4和H3K27甲基化程度，發(fā)現(xiàn)在不同類(lèi)型細(xì)胞中l(wèi)ncRNA表達(dá)模式存在差異。在ES細(xì)胞中，lncRNA表達(dá)下調(diào)導(dǎo)致啟動(dòng)子區(qū)域H3K4甲基化程度變高，從而提出Ezh2介導(dǎo)H3K27甲基化的lncRNA沉默機(jī)制[7]。另外，lncRNA還可以在轉(zhuǎn)錄水平上直接與靶基因結(jié)合，促進(jìn)或抑制靶基因的表達(dá)。已經(jīng)有研究表明，lncRNA不僅可以招募轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物來(lái)沉默基因的表達(dá)，還可以作為輔助因子招募轉(zhuǎn)錄因子，參與基因表達(dá)的調(diào)控[8]。例如細(xì)胞周期蛋白D1(cyclin D1)在人類(lèi)細(xì)胞系中的轉(zhuǎn)錄抑制機(jī)制[9]，DNA損傷信號(hào)可以誘導(dǎo)cyclin D1基因啟動(dòng)子區(qū)域的lncRNA表達(dá)，這些lncRNA可以將TLS(RNA 結(jié)合蛋白)招募到cyclin D1基因啟動(dòng)子區(qū)域。隨后，TLS通過(guò)抑制CREB結(jié)合蛋白和p300的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性，進(jìn)而抑制cyclin D1基因的表達(dá)。此外，還有研究表明，lncRNA也具有調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)的作用，這主要是通過(guò)調(diào)控細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期來(lái)實(shí)現(xiàn)的。生長(zhǎng)阻滯特異轉(zhuǎn)錄物5(Growth arrest-specific transcript 5，Gas5)是哺乳動(dòng)物細(xì)胞生長(zhǎng)和凋亡的關(guān)鍵性調(diào)控因子，它通過(guò)模擬糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件來(lái)結(jié)合糖皮質(zhì)激素受體的 DNA結(jié)合域，阻止糖皮質(zhì)激素受體與其他糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件之間的相互作用，從而抑制下游基因的表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞凋亡的發(fā)生[10]。

2lncRNA調(diào)控骨骼肌發(fā)育的作用機(jī)制

近年來(lái)，越來(lái)越多的研究證實(shí)非編碼RNA(ncRNAs)也是肌肉調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中重要的成員。到目前為止，miRNAs是研究最廣泛的一種非編碼RNA，許多肌肉特異性和非肌肉特異性表達(dá)的miRNAs被發(fā)現(xiàn)，提示了骨骼肌發(fā)育調(diào)控的復(fù)雜性。而作為非編碼RNA中另一個(gè)重要成員，lncRNA廣泛存在于多種生物體內(nèi)，其功能涉及到細(xì)胞生命活動(dòng)和個(gè)體發(fā)育與疾病發(fā)生的各個(gè)方面。目前關(guān)于lncRNA的研究主要集中在篩選、鑒定存在于不同物種的不同組織或調(diào)控機(jī)體生命活動(dòng)過(guò)程的lncRNAs[28-36]。隨著lncRNAs研究的深入，在人和小鼠等模式動(dòng)物上，lncRNAs的功能機(jī)制研究日益增多。因此，越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)骨骼肌的發(fā)育過(guò)程也會(huì)受到各種lncRNAs的調(diào)控(表2)。

2.1lncRNA通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miRNA調(diào)控骨骼肌的生長(zhǎng)發(fā)育

M.Cesana等[37]的研究證實(shí)了一種在成肌細(xì)胞分化過(guò)程中特異性表達(dá)的長(zhǎng)鏈非編碼RNA-linc-MD1可發(fā)揮ceRNA(Competing endogenous RNA，競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)源RNA)活性，通過(guò)miR-133 和miR-135實(shí)現(xiàn)對(duì)肌肉特異性轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子MAML1和MEF2C的表達(dá)調(diào)控。在未分化的肌細(xì)胞中，miR-133和miR-135可分別結(jié)合MAML-1和MEF2C基因的mRNA，并抑制其表達(dá)。linc-MD-1含有這兩個(gè)miRNA的結(jié)合位點(diǎn)，分化過(guò)程中高表達(dá)的linc-MD-1競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合細(xì)胞中的miR-133和miR-135，降低了這兩種miRNA的濃度，從而解除了對(duì)肌肉分化相關(guān)蛋白質(zhì)因子的抑制作用，促進(jìn)了細(xì)胞的分化。另外，linc-MD1的表達(dá)抑制可導(dǎo)致成肌細(xì)胞分化延遲，與杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥的發(fā)病密切相關(guān)[37]。近年來(lái)，關(guān)于肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本Malat1(Metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1)在腫瘤方面的研究已經(jīng)很清楚，但最近的研究發(fā)現(xiàn)Malat1還能調(diào)節(jié)肌細(xì)胞的生長(zhǎng)。X.Han等[38]在C2C12細(xì)胞中研究發(fā)現(xiàn)，Malat1通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)合miR-133，調(diào)控其靶基因肌細(xì)胞分化關(guān)鍵因子SRF(Serum response factor)的表達(dá)，從而影響肌細(xì)胞的分化。研究表明，Malat1被沉默時(shí)，與Malat1結(jié)合的miR-133被釋放出來(lái)作用于SRF的3′UTR區(qū)，導(dǎo)致SRF的表達(dá)抑制從而抑制了肌細(xì)胞的分化。

表1lncRNA相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)

Table 1lncRNA databases

數(shù)據(jù)庫(kù)Database網(wǎng)址Website參考文獻(xiàn)ReferenceLNCipediahttp://www.lncipedia.org[11]ncRNAdatabasehttp://biobases.ibch.poznan.pl/ncRNA[12]NONCODEv4.0http://www.noncode.org[13]lncRNAdbhttp://www.lncrnadb.org[14]NREDhttp://jsm-research.imb.uq.edu.au/NRED[15]ncFANshttp://www.noncode.org/ncFANs[16]fRNAdbhttp://www.ncrna.org/frnadb[17]LncRNADiseasehttp://cmbi.bjmu.edu.cn/lncrnadisease[18]ChIPBasehttp://deepbase.sysu.edu.cn/chipbase[19]DIANA-LncBasehttp://www.microrna.gr/LncBase[20]starBasev2.0http://starbase.sysu.edu.cn[21]FunctionallncRNADatabasehttp://www.valadkhanlab.org/database[22]lnCeDBhttp://gyanxet-beta.com/lncedb[23]ALDBhttp://res.xaut.edu.cn/aldb/index.jsp[24]LncRNA2Targethttp://www.lncrna2target.org[25]LncRNASNPhttp://bioinfo.life.hust.edu.cn/lncRNASNP[26]LncRNAWikihttp://lncrna.big.ac.cn/index.php/Main_Page[27]

2.2lncRNA通過(guò)調(diào)節(jié)靶mRNA的表達(dá)和降解影響骨骼肌的生長(zhǎng)發(fā)育

Malat1是一種高度保守的約8.7 kb的非編碼轉(zhuǎn)錄本，在癌細(xì)胞中大量表達(dá)，同時(shí)也是癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的重要信號(hào)分子[39]。有試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)重組了肌肉抑制素(Myostatin)的小鼠腓腸肌中，Malat1的表達(dá)量顯著下降[40]；同時(shí)也發(fā)現(xiàn)在小鼠成肌細(xì)胞向肌管分化的過(guò)程中，Malat1表達(dá)量上升，敲除了Malat1的成肌細(xì)胞的增殖被抑制。這些結(jié)果表明，Malat1作為一種新的myostatin的下游靶標(biāo)，在肌細(xì)胞的生成過(guò)程中起著重要的調(diào)控作用。J.Wang等[41]研究表明，鼠類(lèi)含有SINE(Short interspersed elements)的非編碼長(zhǎng)鏈RNA能夠控制肌肉生成。比如1/2-sbsRNA通過(guò)與RNA結(jié)合蛋白STAU1或STAU2的結(jié)合引起SMD(Staufen1-mediated mRNA decay)對(duì)mRNA的降解從而正向調(diào)控小鼠C2C12細(xì)胞的成肌分化過(guò)程。

2.3lncRNA通過(guò)順式作用影響骨骼肌的成肌分化

L.Lu等[42]研究發(fā)現(xiàn)了一種肌肉相關(guān)lincRNA—Yam-1，它能夠被轉(zhuǎn)錄因子Yin Yang 1(YY1)正向調(diào)節(jié)，同時(shí)Yam-1也是肌細(xì)胞生成的抑制因子，它通過(guò)順式調(diào)控miR-715，影響其靶基因Wnt7b的表達(dá)，從而達(dá)到抑制成肌細(xì)胞分化的目的。另外有研究也發(fā)現(xiàn)了lncRNA的非順式調(diào)控作用模式，例如MUNC(MyoD Upstream Non-Coding)，通常被認(rèn)為是一種DRR(Distal Regulatory Region)增強(qiáng)子RNA(DRReRNA)，在骨骼肌組織中特異性地表達(dá)[43]。試驗(yàn)結(jié)果表明，MUNC的作用機(jī)制并不像傳統(tǒng)的eRNA那樣，通過(guò)刺激鄰近位點(diǎn)的MyoD基因的表達(dá)來(lái)達(dá)到順式調(diào)控的目的，而更像一種前肌源lncRNA，通過(guò)直接或間接地作用于多個(gè)啟動(dòng)子區(qū)域增加生肌調(diào)節(jié)因子基因的表達(dá)，從而促進(jìn)骨骼肌細(xì)胞的成肌分化過(guò)程[43]。

2.4lncRNA作為印記基因在骨骼肌生長(zhǎng)發(fā)育中發(fā)揮重要作用

B.K.Dey等[44]研究發(fā)現(xiàn)，作為參與基因組印記的典型lncRNA—H19，它在胚胎組織中大量轉(zhuǎn)錄，呈母系表達(dá)，但出生后表達(dá)被顯著抑制，唯獨(dú)在骨骼肌中仍維持顯著的轉(zhuǎn)錄水平，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，H19敲低的小鼠成肌細(xì)胞和H19敲除小鼠的骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞中，成肌分化顯著降低。H19的外顯子1編碼兩個(gè)保守miRNAs前體，分別為miR-675-3p和miR-675-5p，H19缺陷小鼠在受傷后表現(xiàn)為畸形的骨骼肌再生，當(dāng)外源引入miR-675-3p和miR-675-5p后可以被調(diào)整，它們能直接靶定和下調(diào)抗分化轉(zhuǎn)錄因子Smad和DNA復(fù)制起始因子Cdc6的表達(dá)，從而促進(jìn)骨骼肌的成肌分化和肌肉再生。另有研究結(jié)果表明，let-7的過(guò)度表達(dá)會(huì)引起過(guò)早的肌肉分化，而H19可以充當(dāng)分子海綿來(lái)調(diào)節(jié)let-7的活性，進(jìn)而阻止肌肉分化的過(guò)早發(fā)育[5]。

2.5lncRNA調(diào)控肌源性前體細(xì)胞的分化決定

M.Ballarino等[45]研究新發(fā)現(xiàn)了一種調(diào)控肌肉生成的長(zhǎng)鏈非編碼RNA—lnc-31，它和miR-31來(lái)自相同的核內(nèi)miR-31前體，但產(chǎn)生途徑卻獨(dú)立于miR-31。小鼠lnc-31與它的人類(lèi)同源序列hsa-lnc-31被證實(shí)在維持細(xì)胞增殖和抑制分化中扮演了重要的作用。同樣地，小鼠lnc-31和hsa-lnc-31被發(fā)現(xiàn)在mdx(DMD動(dòng)物模型)小鼠肌肉和Duchenne型肌營(yíng)養(yǎng)不良(DMD)的病人成肌細(xì)胞中呈高表達(dá)，伴隨著大量的肌源性前體細(xì)胞的激活。這些結(jié)果表明，lnc-31在調(diào)控肌源性前體細(xì)胞的分化決定方面起著關(guān)鍵性的作用。

2.6lncRNA編碼微肽調(diào)控骨骼肌細(xì)胞的生理學(xué)過(guò)程

最近，有研究者發(fā)現(xiàn)了一個(gè)保守微肽，命名為肌調(diào)素(Myoregulin，MLN)，它由骨骼肌特異性RNA編碼，這個(gè)RNA被注釋為假定的長(zhǎng)鏈非編碼RNA[46]。MLN與肌漿網(wǎng)受磷蛋白(Phospholamban，PLN)和肌脂蛋白(Sarcolipin，SLN)結(jié)構(gòu)和功能相似，并抑制心肌肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶(SERCA)，SERCA通過(guò)調(diào)節(jié)鈣離子攝取到肌質(zhì)網(wǎng)(SR)控制肌肉松弛。MLN直接與SERCA相互作用并阻礙鈣吸收到SR。PLN和SLN在小鼠心和慢速骨骼肌中表達(dá)，MLN積極的表達(dá)于所有骨骼肌。在小鼠中的MLN基因缺失，增強(qiáng)鈣離子在骨骼肌中的處置能力并提高運(yùn)動(dòng)能力[46]。這些發(fā)現(xiàn)表明了MLN是骨骼肌生理的一個(gè)重要調(diào)節(jié)因子，最大的亮點(diǎn)是在許多被注釋為非編碼的RNA可能編碼“微肽(Micropeptides)”。

2.7lncRNA通過(guò)調(diào)節(jié)DNA甲基化影響骨骼肌成肌分化

L.Wang等[47]在骨骼肌成肌細(xì)胞中鑒定出一個(gè)lncRNA—Dum(多能發(fā)育相關(guān)基因2(Dppa2)上游結(jié)合肌肉lncRNA)，體內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，Dum的表達(dá)量在肌細(xì)胞生成過(guò)程中呈動(dòng)態(tài)變化，它能被上游的MyoD轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)從而影響成肌細(xì)胞分化；進(jìn)一步研究表明，Dum能夠促進(jìn)成肌細(xì)胞的分化和受損肌肉的再生，作用機(jī)制在于在染色體上Dum基因座與Dppa2基因的啟動(dòng)子區(qū)域是并排的，Dum通過(guò)招募多種DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶—Dnmts(Dnmt1，Dnmt3a和Dnmt3b)到Dppa2的啟動(dòng)子區(qū)域，從而導(dǎo)致CpG位點(diǎn)的高甲基化和Dppa2基因的沉默。這些研究結(jié)果表明，MyoD-Dum-Dppa2調(diào)節(jié)軸在成肌分化和肌肉再生中發(fā)揮了重要的功能。

2.8lncRNA調(diào)控骨骼肌發(fā)育的其他機(jī)制

目前雖然有很多l(xiāng)ncRNAs被發(fā)現(xiàn)，但是大部分的功能尚未清楚，比如人類(lèi)的ε/β lncRNAs(Men ε/β lncRNAs)，它有ε和β兩種亞型，在患有I型多發(fā)性?xún)?nèi)分泌瘤的病人多個(gè)組織中表達(dá)，包括肌肉組織[48]，在C2C12細(xì)胞分化過(guò)程中，Men ε/β lncRNAs的表達(dá)量顯著上升，但是具體的生物學(xué)機(jī)制仍不清楚；另有研究發(fā)現(xiàn)，類(lèi)固醇受體RNA激活因子(Steroid receptor RNA activator，SRA)RNA具有兩種特異的存在形式，分別是非編碼和編碼的RNA(Yielding SRA ncRNA and protein SRAP)，其中SRA ncRNA作為MyoD的共同激活因子，在肌細(xì)胞分化過(guò)程中高度表達(dá)[49-50]。最近有研究還發(fā)現(xiàn)了一種lncRNA—細(xì)胞核因子非編碼抑制因子(Non-coding repressor of NFAT，NRON)，它本身具有組織特異性的表達(dá)模式，在胎盤(pán)、肌肉和淋巴組織中高度表達(dá)[51]。以上的這些研究都表明，在骨骼肌的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，長(zhǎng)鏈非編碼RNA起著重要的調(diào)控作用，并且作用機(jī)制具有多元化特點(diǎn)，需要更深入的功能機(jī)制研究。

表2骨骼肌發(fā)育調(diào)控相關(guān)lncRNAs

Table 2lncRNAs in the regulation of skeletal muscle development

長(zhǎng)鏈非編碼RNAlncRNA肌肉分化調(diào)控Regulationduringmuscledifferentiation效應(yīng)分子Effectormolecule功能Function參考文獻(xiàn)Referencelinc-MD1上調(diào)HuRmiRNA(miR-133和miR-135)海綿[37,52]eRNAs(CEandDRRRNAs)上調(diào)MyoD轉(zhuǎn)錄激活[53]Gtl2上調(diào)PRC2表觀遺傳抑制[54]H19上調(diào)PRC2,let-7miRNAs表觀遺傳抑制,miRNA海綿[5]MALAT1上調(diào)Cbx4,SR剪接因子表觀遺傳抑制,mRNA前體剪接[40]Menε/β上調(diào)多種RNA結(jié)合蛋白保證亞細(xì)胞核結(jié)構(gòu)的完整[48,55]NRON未知NFAT調(diào)控NFAT的亞細(xì)胞定位[51,56]SRA上調(diào)MyoD轉(zhuǎn)錄輔激活因子[49,50]SINE-containinglncRNAs上調(diào)STAU1和STAU2mRNA降解[41]Yams上調(diào)/下調(diào)YY1轉(zhuǎn)錄激活[42]lnc-31下調(diào)miR-31轉(zhuǎn)錄抑制[45]

3家養(yǎng)動(dòng)物骨骼肌相關(guān)lncRNAs的研究進(jìn)展

目前，國(guó)內(nèi)外lncRNA的研究還處于初步階段，lncRNA的鑒定以及功能研究主要集中于人以及模式動(dòng)物中(如小鼠、果蠅和線蟲(chóng)等)，其他物種的lncRNA研究相對(duì)滯后，特別是在家養(yǎng)動(dòng)物領(lǐng)域。至今只有較少的文章對(duì)雞、牛和豬的lncRNA進(jìn)行了研究報(bào)道，其他家養(yǎng)動(dòng)物中l(wèi)ncRNA的相關(guān)研究仍然是空白。

T.Li等[36]在2012年報(bào)道了雞骨骼肌中l(wèi)ncRNA的鑒定研究結(jié)果。該研究組利用RNA-seq 技術(shù)對(duì)3個(gè)發(fā)育階段的雞骨骼肌進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，并利用自行開(kāi)發(fā)的生物信息學(xué)流程鑒定出281個(gè)雞的lncRNAs。并在進(jìn)一步分析中發(fā)現(xiàn)，相比蛋白編碼基因，雞lncRNA的保守性更低。其后，J.Luo[57]對(duì)馬萊克氏病抵抗型和易感型的雞CD4 細(xì)胞系進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和比對(duì)，共鑒定出2 626個(gè)雞的lncRNAs，其中1 177個(gè)特異性表達(dá)于馬萊克氏病抵抗型細(xì)胞，另有1 048個(gè)特異性表達(dá)于馬萊克氏病易感型細(xì)胞中。

W.Huang等[58]對(duì)公共的牛特異性表達(dá)序列標(biāo)簽(Expressed sequence tags，EST)數(shù)據(jù)進(jìn)行了重新組裝，并利用支持向量機(jī)算法對(duì)RNA轉(zhuǎn)錄本進(jìn)行了編碼蛋白質(zhì)潛能篩選，共鑒定出405個(gè)基因間lncRNAs(lincRNAs)。這些牛lncRNAs普遍具有組織特異性表達(dá)特征，它們的GC含量比隨機(jī)選擇的基因間序列的要高，但比蛋白質(zhì)編碼基因的低，并且它們?cè)诓溉閯?dòng)物之間中度保守。C.Billerey等[35]利用RNA-seq技術(shù)對(duì)9頭利木贊牛的胸腰最長(zhǎng)肌進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，共鑒定出了418個(gè)lincRNAs，并對(duì)其基因組特征進(jìn)行了分析。此后2014年12月，J.Caballero等[59]利用轉(zhuǎn)錄組芯片技術(shù)對(duì)奶牛早期胚胎發(fā)育不同階段細(xì)胞進(jìn)行測(cè)序分析，發(fā)現(xiàn)了3個(gè)從卵母細(xì)胞到8細(xì)胞期差異表達(dá)的lncRNAs，進(jìn)一步研究表明，這些lncRNAs是通過(guò)調(diào)節(jié)靶基因mRNA的翻譯水平，從而調(diào)控奶牛早期胚胎的發(fā)育過(guò)程。

Z.Y.Zhou等[60]利用已知的豬RNA-seq信息和ESTs數(shù)據(jù)，鑒定出6 621個(gè)lincRNAs，發(fā)現(xiàn)其中一些lincRNA具有同線性和序列保守性，如linc-sscg2561，在基因組上與其鄰近的是與情緒行為相關(guān)聯(lián)的Dnmt3a(DNA methyltransferase 3a)基因。研究還發(fā)現(xiàn)linc-sscg2561和Dnmt3a在家豬和野豬的額葉皮質(zhì)中表達(dá)差異顯著，提示linc-sscg2561在家豬的馴化過(guò)程中可能發(fā)揮了重要的作用。

4展望

盡管長(zhǎng)度小于50個(gè)堿基的非編碼 RNA(如 miRNA 和 piRNA 等)的研究已取得突破性進(jìn)展，但長(zhǎng)度大于200個(gè)堿基的非編碼RNA還有很多的功能和作用機(jī)制尚未闡明。lncRNA不僅數(shù)量巨大，且其作用機(jī)制具有多樣性和復(fù)雜性，而隨著lncRNA研究技術(shù)和手段的不斷發(fā)展，lncRNA的功能機(jī)制研究也會(huì)越來(lái)越多元化。通過(guò)對(duì)骨骼肌發(fā)育相關(guān)lncRNAs的研究，將進(jìn)一步深化對(duì)哺乳動(dòng)物肌肉生成分子機(jī)制的認(rèn)識(shí)，并可能為肌肉發(fā)育相關(guān)疾病的治療提供新的思路和應(yīng)對(duì)策略。

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(編輯郭云雁)

Research Progress of Long Noncoding RNAs in the Regulation of Skeletal Muscle Development

ZHAN Si-yuan，LI Li，WANG Lin-jie，ZHONG Tao，ZHANG Hong-ping*

(KeyLaboratoryofFarmAnimalGeneticResourcesExplorationandInnovationofSichuanProvince，SichuanAgriculturalUniversity，Chengdu611130，China)

Abstract:Long non-coding RNAs(lncRNAs)are a novel class of RNAs，which are longer than 200 nucleotides and have no protein-coding potential.In comparison with short noncoding RNAs which was studied extensively，a variety of long noncoding RNAs account for the majority of the transcripts in mammalian genome and the functions of lncRNAs are little understood．The recent studies have indicated that lncRNAs’ function involved in epigenetic modification，transcriptional regulation，cell differentiation，embryonic development and disease occurrence.In this review，we summarized the classification and molecular mechanisms of lncRNA，and research advances in the regulation of skeletal muscle development and domestic animal.

Key words:long non-coding RNAs；mechanism of action；skeletal muscle development；regulation

doi:10.11843/j.issn.0366-6964.2016.04.001

收稿日期：2015-06-24

基金項(xiàng)目：四川省科技支撐計(jì)劃(2014NZ0077；2015NZ0112)

作者簡(jiǎn)介：占思遠(yuǎn)(1987-)，男，湖北紅安人，博士生，主要從事動(dòng)物遺傳育種與繁殖研究，E-mail：siyuan_zhan@163.com *通信作者：張紅平，博士，教授，主要從事動(dòng)物遺傳育種與繁殖研究，E-mail：zhp@sicau.edu.cn

中圖分類(lèi)號(hào)：S827.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào):0366-6964(2016)04-0637-08