假基因的分子生物學(xué)價(jià)值

張琳梅 倪敬順 譚龍賢

摘 要：假基因常被認(rèn)為是功能簡(jiǎn)單的，是一些編碼基因錯(cuò)誤的副本序列，正因?yàn)槿绱耸チ似渚幋a潛力和有效的功能的研究。近些年隨著成千種假基因轉(zhuǎn)錄本以及上百種假基因翻譯體被發(fā)現(xiàn)，學(xué)術(shù)界認(rèn)為假基因在人類轉(zhuǎn)錄本和蛋白組學(xué)中表現(xiàn)出了顯眼代表性。另外，假基因存還在重要的蛋白依賴或者蛋白非依賴功能，因此也涉及參與復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。同樣假基因也可以作為非編碼基因，參與調(diào)解機(jī)體的生物學(xué)功能，一旦其表達(dá)異常即可伴隨疾病的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：假基因;檢測(cè);診斷;預(yù)后

1、假基因的檢測(cè)

轉(zhuǎn)錄后的假基因可通過(guò)RNA測(cè)序、微陣列分析、以及實(shí)時(shí)定量PCR的技術(shù)檢測(cè)到。RNA測(cè)序可以精確的獲得目前轉(zhuǎn)錄本中所有的假基因種類以及它們的拷貝數(shù)。重要的是，它是這三種中唯一可以發(fā)現(xiàn)新假基因的技術(shù)，同時(shí)它可以提供其他兩種技術(shù)賴以建立的知識(shí)基礎(chǔ)。但是RNA測(cè)序技術(shù)的費(fèi)用仍舊很昂貴，同時(shí)需要生物信息學(xué)的知識(shí)做數(shù)據(jù)分析。幸運(yùn)的是，由 Kalyana-Sundaram等學(xué)者[1]在2012年發(fā)表了先驅(qū)性的研究結(jié)論后，就出現(xiàn)了相當(dāng)多的此方面的研究發(fā)表。與此同時(shí)逐漸在多種腫瘤組織中確定了假基因的概念，其中包括：膀胱移行細(xì)胞癌、乳腺癌、宮頸癌、大腸癌、子宮內(nèi)膜樣癌、胃癌、膠質(zhì)瘤、腎臟癌、肺癌、黑色素瘤、卵巢癌、胰腺癌和前列腺癌。微陣列分析，與RNA測(cè)序相比較費(fèi)用較低數(shù)據(jù)運(yùn)用更為簡(jiǎn)單，但事實(shí)上很少用于假基因的檢測(cè)，除非實(shí)驗(yàn)者設(shè)計(jì)了特異性靶向假基因的包被探針，同時(shí)不需要探究與其祖先基因的關(guān)聯(lián)。最后一種方法是實(shí)時(shí)定量PCR，它花費(fèi)低廉，敏感性高同時(shí)特異性強(qiáng)。它也是這三種技術(shù)中唯一一種易于實(shí)驗(yàn)室常規(guī)診斷和預(yù)后檢測(cè)的技術(shù)。然而在采用這種技術(shù)的同時(shí)也應(yīng)注意確保被擴(kuò)增的物體確實(shí)是假基因，避免其高度相似的祖先基因的異常擴(kuò)增。應(yīng)該使用多種程序針對(duì)其低同源性序列設(shè)計(jì)其特異性引物。同樣擴(kuò)增后應(yīng)檢查其產(chǎn)物是否具有特異性，確定其序列和大小是我們所需要的。同樣在血清或者血漿中評(píng)估假基因的表達(dá)情況，對(duì)于內(nèi)參的把控也行當(dāng)重要。

2、假基因作為人類腫瘤的診斷標(biāo)記物

假基因具有遠(yuǎn)大的診斷前景。在胃癌中假基因SUMO1P3的表達(dá)水平上調(diào)，可以用來(lái)區(qū)分良性胃病患者與胃癌患者。與健康對(duì)照組相比，胃癌患者的血清中假基因PTENp1是低表達(dá)的。與此同時(shí)還有兩種長(zhǎng)鏈非編碼RNAs （CUDR和LSINCT-5）也有很高的診斷價(jià)值。類似的，與正常個(gè)體相比較，肝癌患者血清中假基因INTS6P1呈低表達(dá)趨勢(shì)。如果它們的表達(dá)量不超過(guò)甲胎蛋白——肝癌的常用診斷標(biāo)記物，那么幾乎存在等價(jià)值的診斷意義[2]。由于如上述第二部分所闡述的生物信息學(xué)技術(shù)的飛快發(fā)展，我們才能夠有更準(zhǔn)確的技術(shù)在正常組織以及腫瘤組織中以及同一腫瘤不同亞分類中區(qū)分假基因的表達(dá)差異。通過(guò)對(duì)13例腫瘤患者的組織以及臨近正常組織的測(cè)序檢測(cè)到了293種假基因數(shù)據(jù)，Kalyana-Sundaram 和他的同事證實(shí)了有218種假基因只在腫瘤組織中表達(dá)而在其臨近正常組織中不表達(dá)[74]。在這些假基因中，作者發(fā)現(xiàn)有40種假基因具有腫瘤特異性。最后他們篩選出了兩種與腫瘤特異性表達(dá)相關(guān)的假基因：ATP8A2-pg （乳腺癌中僅表達(dá)于腺管細(xì)胞而在乳腺基底細(xì)胞不表達(dá)）和CXADR-pg（主要表現(xiàn)在不攜帶 ETS 融合基因的前列腺癌樣本中）。更有趣的是，這一研究分析確定了假基因ATP8A2-pg在基底樣乳腺癌腫瘤亞型中幾乎不存在。他們的研究還表明卵巢漿液性囊腺癌中的假基因數(shù)據(jù)可以用以區(qū)分子宮內(nèi)膜樣癌和漿液性內(nèi)膜癌亞型。

3、在人類腫瘤中假基因作為預(yù)后標(biāo)記物

一旦正確的腫瘤種類和其亞型被確診，選用最佳的治療方將對(duì)對(duì)患者未來(lái)的治療效果有預(yù)見(jiàn)性的作用。除了一些已經(jīng)被確定的預(yù)后標(biāo)記物外，假基因也可以作為有價(jià)值的預(yù)后標(biāo)記物，可以用于預(yù)測(cè)腫瘤患者術(shù)后的生存壽命。例如在透明性腎細(xì)胞癌中，患者不表達(dá)PTENp1則其總的生存率要普遍低于表達(dá)PTENp1的患者。在胃癌細(xì)胞中 OCT4-pg1過(guò)表達(dá)主要是由于基因組擴(kuò)增和OCT4-pg1蛋白通過(guò)促進(jìn)增殖和血管形成以及抑制凋亡而存在致癌功能。另一種OCT4的假基因是OCT4-pg4，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-145促進(jìn)肝癌細(xì)胞的增殖，從而維持其祖先基因的表達(dá)。另外，研究發(fā)現(xiàn)OCT4-pg4的表達(dá)水平與肝癌患者的疾病分期和總的生存率息息相關(guān)，高表達(dá)者的生存率明顯低于低表達(dá)者[4]。

4、人類腫瘤中假基因作為內(nèi)源競(jìng)爭(zhēng)性RNA

假基因可以作為內(nèi)源競(jìng)爭(zhēng)性RNAs，因?yàn)樗鼈兣c祖先基因具有相似的序列，所以假基因也同時(shí)含有和其祖先基相同的很多中miRNAs作用元件（MREs），它們之間通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合共有的miRNAs分子，從而假基因可以維護(hù)其祖先基因的表達(dá)量。因此當(dāng)假基因的表達(dá)失調(diào)后就可能產(chǎn)生相應(yīng)的致癌或者抑癌功能。人類腫瘤中ceRNA網(wǎng)絡(luò)調(diào)控機(jī)制的研究表明：這些ceRNA包括假基因和一些其他的非編碼RNA，同時(shí)還包括一些涉及蛋白編碼功能的基因。加工型的假基因PTNEp1是在人類腫瘤中第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的ceRNA[5]。自從發(fā)現(xiàn)PTENp1后，很多種其他的致癌或者抑癌的假基因作為其祖先基因的ceRNA的角色才得以更進(jìn)一步的研究。假基因探索空間最大的部分就是作為祖先基因非依賴性的ceRNA功能。將基因劃分為并沒(méi)有祖先基因相關(guān)性的一類主要是因?yàn)樗鼈兣c這些突變的蛋白編碼基因之間的靶向相關(guān)。

參考文獻(xiàn)

[1]Shanker KS， Chandan KS， Sunita S， et al. Expressed pseudogenes in the transcriptional landscape of human cancers[J]. Cell， 2012， 149 （7）： 1622-1634.

[2]Lui KY， Peng HR， Lin JR， et al. Pseudogene integrator complex subunit 6 pseudogene 1 （INTS6P1） as a novel plasma-based biomarker for hepatocellular carcinoma screening[J]. Tumor Biology， 2015： 1-8.

[3]Han L， Yuan Y， Zheng S， et al. The Pan-Cancer analysis of pseudogene expression reveals biologically and clinically relevant tumour subtypes[J]. Nat Commun， 2014， 5： 3963-3963.

[4]Lei W， Zhang-Yan G， Rui Z， et al. Pseudogene OCT4-pg4 functions as a natural micro RNA sponge to regulate OCT4 expression by competing for miR-145 in hepatocellular carcinoma[J]. Carcinogenesis， 2013， 34 （8）： 1773-1781.

[5]Laura P， Leonardo S， Jiangwen Z， et al. A coding-independent function of gene and pseudogene mRNAs regulates tumour biology[J]. Nature， 2010， 465 （7301）： 1033-1038.