Dowody eksperymentalne sugerują, że połowa lub więcej transkryptomu ssaków składa się z niekodującego RNA. Niekodujące RNA są podzielone na krótkie niekodujące RNA (w tym mikroRNA) i długie niekodujące RNA (lncRNA). Zdefiniowaliśmy komplementarne DNA (cDNA) pozbawione jakiejkolwiek pozytywnej otwartej ramki odczytu (ORF) dłuższych niż 30 aminokwasów, a także cDNA nieposiadające żadnych dowodów na międzygatunkowego zachowania ich ORF dłuższych niż 30 aminokwasów, jako niekodujące. Zidentyfikowaliśmy 5446 genów lncRNA w ludzkim genomie z około 24 000 pełnometrażowych cDNA, wykorzystując nasz nowy potok przewidywania ORF. Połączyliśmy je nieredundantnie z lncRNA z czterech opublikowanych źródeł, aby uzyskać 6736 genów lncRNA. genów lncRNA. W celu odróżnienia samodzielnych i antysensownych genów lncRNA od artefaktów bazy danych, rozwarstwiliśmy nasz katalog lncRNA według odległości między każdym kandydatem na gen lncRNA a jego najbliższym znanym genem kodującym białko kodującego białko. Równolegle zbadaliśmy zdolność kodowania białek przez znane geny pokrywających się z lncRNA. Co ciekawe, 62% znanych genów o nazwach "hipotetyczne białko" w rzeczywistości nie posiadało zdolności kodowania białek. Badanie to znacznie rozszerzyło znany ludzki katalog lncRNA, zwiększyło jego dokładność poprzez ręczną ręczną adnotację dopasowań cDNA do genomu i ujawniło, że duży zestaw genów genów hipotetycznych białek w GenBank nie posiada zdolności kodowania białek. Ponadto Ponadto opracowaliśmy, niezależnie od istniejących narzędzi NCBI, programy wiersza poleceń programy z wysokowydajnymi funkcjami wyszukiwania ORF i analizowania BLASTP, odpowiednie do przyszłych zautomatyzowanych ocen zdolności kodowania białek nowych transkryptów. transkryptów. --- Ludzki genom zawiera tysiące długich niekodujących RNA (ncRNA) transkrybowanych z różnych lokalizacji genomowych. Duży zestaw długich ncRNA jest transkrybowany niezależnie od genów kodujących białka. Wykorzystaliśmy adnotację GENCODE dla genomu ludzkiego genomu, aby zidentyfikować 3019 długich ncRNA wyrażanych w różnych ludzkich liniach komórkowych i tkankach. i tkankach. Ten zestaw długich ncRNA odpowiada na sygnały różnicowania w pierwotnych ludzkich keratynocytach pierwotnych ludzkich keratynocytach i ulega koekspresji z ważnymi regulatorami rozwoju keratynocytów. rozwoju keratynocytów. Pozbawienie wielu z tych długich ncRNA prowadzi do represji specyficznych genów w ich otaczającym locus, co potwierdza aktywującą funkcję ncRNA. Używając testów reporterowych, potwierdziliśmy taką funkcję aktywującą i pokazujemy, że takie wzmocnienie transkrypcji jest mediowane przez długie transkrypty ncRNA. Nasze badania pokazują, że długie ncRNA wykazują funkcje podobne do klasycznie zdefiniowanych wzmacniaczy, poprzez mechanizm zależny od RNA mechanizm. --- Zidentyfikowano dużą liczbę długich RNA o niewielkim lub żadnym potencjale kodowania białek [długie niekodujące RNA (lncRNA)]. niekodujące RNA (lncRNA)] są identyfikowane u eukariontów. Równolegle, coraz więcej danych opisujących profile ekspresji, cechy molekularne i funkcje poszczególnych lncRNA. funkcje poszczególnych lncRNA w różnych systemach. Aby umożliwić systematyczną kompilację i aktualizację tych informacji, mamy opracowaliśmy bazę danych (lncRNAdb) zawierającą kompleksową listę lncRNA, które wykazano, że mają lub są związane z funkcjami biologicznymi u eukariontów, a także eukariontów, a także informacyjnych RNA, które pełnią role regulacyjne. Każdy wpis zawiera informacje o RNA, w tym sekwencje, informacje strukturalne, kontekst genomowy, ekspresję informacje, kontekst genomowy, ekspresję, lokalizację subkomórkową, konserwacja, dowody funkcjonalne i inne istotne informacje. lncRNAdb można przeszukiwać poprzez wyszukiwanie opublikowanych nazw i aliasów RNA, sekwencji, gatunków i powiązane geny kodujące białka, a także terminy zawarte w adnotacjach, takie jak tkanki, w których transkrypty ulegają ekspresji i związane z nimi choroby. choroby. Ponadto, lncRNAdb jest połączony z UCSC Genome Browser w celu wizualizacji i bazą danych ekspresji niekodujących RNA (NRED) dla informacji o ekspresji z różnych źródeł. lncRNAdb zapewnia platformę do ciągłego zestawiania literatury dotyczącej chorób. ciągłego zestawiania literatury odnoszącej się do lncRNA i ich powiązań z innymi elementami genomu. z innymi elementami genomu. lncRNAdb jest dostępna pod adresem: http://www.lncrnadb.org/. --- Transkryptom komórki jest reprezentowany przez niezliczoną ilość różnych cząsteczek RNA z lub bez zdolności kodowania białek. W ostatnich latach postępy w technologiach sekwencjonowania pozwoliły badaczom w pełni docenić złożoność całego transkryptomu. złożoność całych transkryptomów, pokazując, że zdecydowana większość genomu jest transkrybowana, tworząc zróżnicowaną populację RNA niekodujących białek (ncRNA). W związku z tym biologiczne znaczenie niekodujących RNA (ncRNA) zostało w dużej mierze zostało w dużej mierze niedocenione. Wśród tych wielu klas ncRNA, długie niekodujące RNA (long niekodujące RNA (lncRNA) są najwyraźniej najbardziej liczne i funkcjonalnie funkcjonalnie zróżnicowane. Niewielka, ale rosnąca liczba lncRNA została zbadana eksperymentalnie, i pojawia się pogląd, że są one kluczowymi regulatorami epigenetycznej regulacji genów w komórkach ssaków. w komórkach ssaków. LncRNA zostały już powiązane z chorobami człowieka, takimi jak choroby, takie jak rak i neurodegeneracja, podkreślając znaczenie tej rozwijającej się dziedziny. W tym artykule dokonujemy przeglądu katalogów adnotowanych lncRNA i najnowsze postępy w naszym rozumieniu lncRNA. --- Długie transkrypty, które nie kodują białek, rzadko były przedmiotem badań eksperymentalnych. badań eksperymentalnych. Przypuszczalnie wynika to z obecnego braku dowodów na ich funkcjonalność. ich funkcjonalności, pozostawiając w ten sposób wrażenie, że zamiast tego reprezentują "szum transkrypcyjny". Tutaj opisujemy analizę 3122 długich i pełnych i pełnej długości, niekodujących RNA ("makroRNA") od myszy i porównujemy ich sekwencje sekwencje i ich promotory z ortologicznymi sekwencjami ludzkimi i szczurzymi. Rozważaliśmy trzy niezależne sygnatury selekcji oczyszczającej związane z substytucjami, insercjami i delecjami sekwencji oraz splicingiem. Stwierdziliśmy, że niekodujących RNA nie jest zgodna z neutralistycznymi wyjaśnieniami. neutralistycznymi wyjaśnieniami. Nasze wyniki wskazują raczej, że selekcja oczyszczająca działała na promotory na promotory makroRNA, sekwencję pierwotną i motywy miejsc splicingowych. Promotory doświadczyły największej eliminacji substytucji nukleotydów, insercji i delecji. Odsetek sekwencji konserwowanych (4,1%-5,5%) w tych makroRNA tych makroRNA jest porównywalny z gęstością eksonów w transkryptach kodujących białka (5,2%). transkryptów kodujących białka (5,2%). Te makroRNA, razem wzięte, posiadają zatem odcisk selekcji oczyszczającej, wskazując tym samym na ich funkcjonalność. Nasze odkrycia powinny stanowić zachętę do eksperymentalnego badania funkcji tych makroRNA. funkcji. --- Genomy ssaków zawierają liczne geny dla długich niekodujących RNA (lncRNA). Funkcje funkcje lncRNA pozostają w dużej mierze nieznane, ale ich ewolucja wydaje się być ograniczona przez selekcję oczyszczającą, choć stosunkowo słabo. Aby uzyskać wgląd w tryb ewolucji i zakres funkcjonalny lncRNA, można je porównać ze znacznie lepiej scharakteryzowanymi białkami. można porównać ze znacznie lepiej scharakteryzowanymi genami kodującymi białka. Tempo ewolucji genów kodujących białka wykazuje uniwersalną ujemną korelację z ekspresją. korelację z ekspresją: geny o wysokiej ekspresji są średnio bardziej średnio bardziej konserwowane podczas ewolucji niż geny o niższych poziomach ekspresji. Ta korelacja została skonceptualizowana w hipotezie ewolucji białek napędzanej błędnym fałdowaniem zgodnie z którą błędne fałdowanie jest głównym kosztem ponoszonym przez ekspresję białek. ekspresji białka. Staraliśmy się ustalić, czy długie międzygenowe ncRNA (lincRNA) podążają za tym samym trendem ewolucyjnym i rzeczywiście wykryliśmy umiarkowaną, ale statystycznie istotną ujemną korelację między tempem ewolucji a poziomem ekspresji a poziomem ekspresji ludzkich i mysich genów lincRNA. Wielkość korelacji dla lincRNA jest podobna do tej dla równej wielkości zestawów genów kodujących białka o podobnym poziomie zachowania sekwencji. Dodatkowo, poziom ekspresji lincRNA jest znacząco i dodatnio skorelowany z przewidywanym zasięgiem lincRNA. z przewidywanym zakresem fałdowania cząsteczek lincRNA (parowanie zasad), wkład tempa ewolucji i fałdowania do poziomu ekspresji jest jednak niezależne. Zatem antykorelacja między szybkością ewolucji a poziomem ekspresji wydaje się być ogólną cechą ewolucji genów, która może być spowodowana przez podobne szkodliwe skutki nieprawidłowego fałdowania białek i RNA i/lub innych czynników, na przykład liczbą oddziałujących partnerów produktu genu. --- Ludzki genom koduje tysiące długich niekodujących RNA (lncRNA). Chociaż większość z nich pozostaje funkcjonalnie niescharakteryzowaną biologiczną "ciemną materią", lncRNA przyciągnęły znaczną uwagę ze względu na ich różnorodne role w biologii człowieka, w tym w programach rozwojowych i sieciach genów supresorowych nowotworów. Ponieważ liczba liczba lncRNA związanych z chorobami człowieka rośnie, trwające wysiłki badawcze koncentrują się na ich mechanizmach regulacyjnych. Nowe technologie, które umożliwiają enumerację partnerów interakcji lncRNA i określenie struktury lncRNA są dobrze przygotowane do głębszego zrozumienia ich funkcji i zaangażowania w patogenezę. w patogenezie. Z kolei lncRNA mogą stać się celami interwencji terapeutycznych lub nowymi narzędziami biotechnologicznymi. lub nowymi narzędziami dla biotechnologii. --- Gromadzące się dowody w ciągu ostatniej dekady pokazały nam intrygującą obserwację, że większość genomów eukotycznych jest obserwację, że większość genomów eukariotycznych jest wszechobecnie transkrybowana aby kodować złożoną sieć małych i długich niekodujących RNA. Długie niekodujące RNA są szczególnie interesujące, ponieważ kiedyś uważano, że są one ograniczone do funkcji utrzymywania porządku, a obecnie są powiązane z szeroką gamą funkcji biologicznych funkcje związane z fizjologią, embriologią i rozwojem. Pojawiające się dowody wskazują, że podzbiór długich niekodujących RNA pośredniczy w ich biologicznych funkcjach funkcje biologiczne, wykorzystując chromatynę jako substrat do indeksowania informacji genetycznej zakodowanej w genomie. W tym rozdziale omówimy, w jaki sposób niekodujące RNA i procesy leżące u podstaw ich transkrypcji procesy leżące u podstaw ich transkrypcji pośredniczą w regulacji transkrypcji, poprzez epigenetycznie regulując strukturę chromatyny w różnych kontekstach biologicznych. biologicznych. --- Neurony zwojów korzeni grzbietowych (DRG) spontanicznie ulegają silnemu wzrostowi neurytów po aksotomii. Długie niekodujące RNA (lncRNA) są ważną klasą wszechobecnych genów zaangażowanych w różne funkcje biologiczne. genów zaangażowanych w różne funkcje biologiczne. Jednak funkcje lncRNA w regulacji odpowiedzi neuronów DRG na bodźce urazowe pozostają jednak niesprawdzone. Tutaj przeprowadzono analizę mikromacierzy lncRNA w celu profilowania lncRNA w DRG L4-L6 po resekcji nerwu kulszowego szczura. 105 lncRNA zostało zidentyfikowano jako ulegające różnej ekspresji w 0, 1, 4, 7 d po urazie. A Sieć koekspresji 24 regulowanych w dół lncRNA i genów kodujących była skonstruowano, a 115 celów tych 24 lncRNA okazało się być głównie zaangażowane w modulację fenotypu komórek, w tym migrację komórek glejowych, szlak sygnałowy receptora nukleotydów purynergicznych, rozszerzenie naczyń krwionośnych, regulację procesu proces wielonarządowy i szlak sygnałowy neuropeptydów, a także być potencjalnie związane z kilkoma kluczowymi szlakami sygnałowymi regeneracji, w tym szlakiem sygnałowym MAPK i interakcją neuroaktywny ligand-receptor. LncRNA BC089918 został wybrany spośród 24 regulowanych w dół lncRNA do walidacji przez ilościową reakcję łańcuchową polimerazy w czasie rzeczywistym i hybrydyzację in situ. I wyciszenie BC089918 za pomocą małych interferujących RNA wykazało, że lncRNA miał szczególny wpływ na wzrost neurytów. Nasze dane wykazały odrębne zaangażowanie lncRNA w DRG po uszkodzeniu nerwów, przyczyniając się tym samym do zilustrowania mechanizmów molekularnych odpowiedzialnych za regenerację nerwów. --- Ludzki genom zawiera wiele tysięcy długich niekodujących RNA (lncRNA). Podczas gdy kilka badań wykazało przekonujące role biologiczne i chorobowe dla poszczególnych przykładów, analityczne i eksperymentalne podejścia do badania tych geny były utrudnione przez brak kompleksowej adnotacji lncRNA. Tutaj, przedstawiamy i analizujemy najbardziej kompletną do tej pory adnotację ludzkich lncRNA, opracowaną przez konsorcjum GENCODE w ramach projektu ENCODE i obejmującą 9277 ręcznie adnotowanych genów produkujących 14 880 transkryptów. Nasze analizy wskazują, że lncRNA są generowane przez szlaki podobne do szlaków geny kodujące białka, z podobnymi profilami modyfikacji histonów, sygnałami splicingu sygnały i długości eksonów/intronów. Jednak w przeciwieństwie do genów kodujących białka, lncRNA wykazują jednak uderzającą tendencję do transkryptów dwueksonowych, są one głównie zlokalizowane w chromatynie i jądrze, a część z nich wydaje się być jest preferencyjnie przetwarzana na małe RNA. Są one pod silniejszą presją selektywną presji niż neutralnie ewoluujące sekwencje - szczególnie w ich regionach promotorowych które wykazują poziomy selekcji porównywalne z genami kodującymi białka. Co ważne, wydaje się, że około jedna trzecia z nich powstała w obrębie linii naczelnych. Kompleksowa analiza ich ekspresji w wielu ludzkich narządach i regionach mózgu mózgu pokazuje, że lncRNA są generalnie niżej wyrażane niż geny kodujące białka geny kodujące białka i wykazują bardziej specyficzne dla tkanek wzorce ekspresji, z dużą frakcją tkankowo-specyficznych lncRNA ulegających ekspresji w mózgu. Analiza korelacji korelacji wskazuje, że lncRNA wykazują szczególnie uderzającą dodatnią korelację z ekspresją antysensownych genów kodujących. Ta adnotacja GENCODE stanowi cenne źródło informacji dla przyszłych badań nad lncRNA. --- Długie niekodujące RNA (lncRNA) zyskały szeroką uwagę w ostatnich latach jako potencjalnie nowa i kluczowa warstwa regulacji biologicznej. zostały zaangażowane w szereg procesów rozwojowych i chorób, ale wiedza na temat mechanizmów ich działania jest wciąż zaskakująco ograniczona, a twierdzenia, że prawie cały genom ssaków jest transkrybowany na funkcjonalne niekodujące transkrypty funkcjonalne transkrypty niekodujące pozostają kontrowersyjne. Jednocześnie niewielka liczba niewielka liczba dobrze zbadanych lncRNA dała nam ważne wskazówki dotyczące biologii tych cząsteczek. biologii tych cząsteczek, a kilka kluczowych tematów funkcjonalnych i mechanistycznych zaczęło się wyłaniać. funkcjonalnych i mechanistycznych, chociaż solidność tych modeli i schematów klasyfikacji dopiero się okaże. Tutaj dokonujemy przeglądu aktualnego stanu wiedzy w dziedzinie lncRNA lncRNA, omawiając to, co wiadomo na temat kontekstów genomicznych, funkcji biologicznych i mechanizmów działania lncRNA. biologicznych, funkcji i mechanizmów działania lncRNA. Zastanawiamy się również nad tym, w jaki sposób niedawne zainteresowanie lncRNA jest głęboko zakorzenione w długotrwałym zainteresowaniu biologii z ewolucją i funkcją genomów.
Poza potencjałem kodowania białek, jakie cechy odróżniają długie niekodujące RNA od genów kodujących białka?
W porównaniu do genów kodujących białka, długie niekodujące RNA (lncRNA) wykazują tendencję do transkryptów dwueksonowych. Są one głównie zlokalizowane w chromatynie i jądrze. Ulegają one niższej ekspresji i wykazują bardziej specyficzny dla tkanki wzór ekspresji. LncRNA są ogólnie słabiej konserwowane niż geny kodujące białka.