TŁO: Uważa się, że klastry genów HOX są wysoce konserwatywne wśród ssaków i innych kręgowców. ssaków i innych kręgowców, ale długie niekodujące RNA zostały tylko szczegółowo badane tylko u ludzi i myszy. Sekwencjonowanie genomu kangura daje możliwość wykorzystania analiz porównawczych do porównania klastrów HOX ssaka o odrębnym planie ciała do klastrów HOX innych ssaków. WYNIKI: Tutaj przedstawiamy analizę porównawczą klastrów genów HOX między australijskim torbaczem z rodziny kangurowatych a euterykami. Stwierdzono uderzająco wysoki poziom zachowania sekwencji i struktury genów HOX oraz genów niekodujących białek, w tym mikroRNA miR-196a, miR-196b, miR-10a i miR-10b oraz długie niekodujące RNA HOTAIR, HOTAIRM1 i HOXA11AS, które odgrywają krytyczną rolę w regulacji ekspresji genów. odgrywają kluczową rolę w regulacji ekspresji genów i kontrolowaniu rozwoju. Poprzez głębokie sekwencjonowanie mikroRNA i porównawcze analizy genomiczne, dwa konserwowane mikroRNA (miR-10a i miR-10b) oraz jeden nowy kandydujący mikroRNA o typowej strukturze prekursora spinki do włosów, który ulega ekspresji zarówno w fibroblastach i jądrach. Analiza przewidywanych celów mikroRNA wykazała, że że kilka znanych docelowych mikroRNA, takich jak miR-10, miR-414 i miR-464, zostało znalezionych w klastrach HOX tammar. Ponadto zidentyfikowano kilka nowych i domniemanych miRNA które pochodzą z innych miejsc w genomie tammara i które są ukierunkowane na klastry tammar HOXB i HOXD. WNIOSKI: Badanie to potwierdza, że pojawienie się znanych długich niekodujących RNA w klastrach HOX wyraźnie poprzedzają rozbieżność torbaczy i jeleniowatych 160 Ma temu. Zidentyfikowano również nowy potencjalnie funkcjonalny mikroRNA, a także konserwowane miRNA. Te niekodujące RNA mogą uczestniczyć w regulacji genów HOX wpływając na plan budowy ciała tego torbacza. --- Majstrowanie przy wcześniej istniejących genach od dawna jest znane jako główny sposób tworzenia nowych genów. nowych genów. Ostatnio jednak stwierdzono, że bezmatczyne geny kodujące białka powstały de novo z niekodującego DNA przodków. Jak powstały te geny nie jest do tej pory dobrze zbadane. Tutaj zidentyfikowaliśmy 24 specyficzne dla hominidów geny de novo geny kodujące białka z dokładnym czasem powstania w filogenezie kręgowców. Specyficzne dla nici analizy RNA-Seq przeprowadzono w pięciu tkankach makaka rezus (wątroba, kora przedczołowa, mięśnie szkieletowe, tkanka tłuszczowa i jądra), które zostały następnie zintegrowane z publicznymi danymi transkryptomu od człowieka, szympansa i makaka rezusa. Na podstawie porównania profili ekspresji RNA u trzech gatunków stwierdziliśmy, że większość specyficznych dla hominidów genów de novo genów kodujących białka kodowało poliadenylowane niekodujące RNA u makaka rezus lub szympansa szympansa o podobnej strukturze transkryptu i skorelowanym profilu ekspresji tkankowej. profilu. Zgodnie z zasadą parsymonii, większość z tych specyficznych dla hominidów genów kodujących białka de novo wydaje się mieć regulowaną strukturę transkryptu i profil ekspresji przed uzyskaniem potencjału kodowania kodowania. Co ciekawe, chociaż profil ekspresji był w dużej mierze skorelowany, geny kodujące u ludzi często wykazywały wyższą niż ich niekodujące odpowiedniki u makaka rezus. Główne odkrycia, które opisujemy w tym manuskrypcie, są solidne i niewrażliwe na parametry stosowane w identyfikacji i analizie genów de novo. Nasze wyniki sugerują, że przynajmniej część długich niekodujących RNA, zwłaszcza tych z aktywną i regulowaną transkrypcją, może służyć jako pula urodzeniowa dla genów kodujących białka kodujących białka, które są następnie optymalizowane na poziomie transkrypcji. --- TŁO: Od dawna uważane za budulec życia, jest teraz oczywiste że białko jest tylko jednym z wielu funkcjonalnych produktów generowanych przez eukariotyczny genom. genom eukariotyczny. Rzeczywiście, więcej ludzkiego genomu jest transkrybowane na sekwencję niekodującą niż w sekwencję kodującą białka. Niemniej jednak, podczas gdy rozwinęliśmy głębokie zrozumienie relacji między ograniczeniami ewolucyjnymi a funkcją dla sekwencji kodującej białko, niewiele wiadomo o tych związkach dla sekwencji transkrybowanej niekodującej sekwencji transkrybowanej. Ten brak informacji jest częściowo można częściowo przypisać brakowi ustalonych ortologów niekodujących białek RNA (ncRNA) wśród ptaków i ssaków w bazach danych sekwencji i ekspresji. WYNIKI: Tutaj przeprowadziliśmy multidyscyplinarne badanie czterech wysoce konserwatywnych i wyrażanych w mózgu transkryptów i wyrażanych w mózgu transkryptów wybranych z listy mysich długich intergenicznych niekodujących RNA (lncRNA), które generalnie wykazują wyraźną ewolucyjną ograniczenie w ich domniemanych regionach promotorowych i przez egzon-intron granice. Identyfikujemy niektóre z pierwszych ortologów lncRNA obecnych u ptaków (kurczak), torbaczy (opos) i ssaków euterycznych (mysz), i badamy czy wykazują one zachowanie ekspresji w mózgu. W przeciwieństwie do konwencjonalne geny kodujące białka, sekwencje, miejsca startu transkrypcji, struktury eksonów i długości tych niekodujących genów są bardzo zmienne. WNIOSKI: Biologiczne znaczenie lncRNA byłoby wysoce wątpliwe, gdyby były ograniczone do blisko spokrewnionych rodzajów. Zamiast tego, ich zachowanie różnorodnych owodniowców, ich pozorna konserwacja w strukturze eksonów i podobieństwa w ich wzorcu ekspresji w mózgu podczas embrionalnych i wczesnych postnatalnych wskazują, że są to funkcjonalne cząsteczki RNA, z których z których niektóre odgrywają rolę w rozwoju mózgu kręgowców. --- 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. --- 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/. --- U kręgowców znaleziono tysiące długich niekodujących RNA (lncRNA). kręgowców, z których kilka pełni znane role biologiczne. Aby lepiej zrozumieć genomikę i cechy lncRNA u bezkręgowców, wykorzystaliśmy dostępną sekwencję RNA, poli(A)-site i dane mapowania rybosomów do identyfikacji lncRNA Caenorhabditis elegans. Znaleźliśmy 170 długich interferujących ncRNA (lincRNA), które miały strukturę jedno- lub wieloeksoniczną. wieloeksoniczne struktury, które nie nakładały się na transkrypty kodujące białka, oraz około sześćdziesięciu antysensownych lncRNA (ancRNA), które były komplementarne do transkryptów transkryptów kodujących białka. W porównaniu do genów kodujących białka, geny lncRNA wykazywały tendencję do ekspresji w sposób zależny od stadium. Około 25% nowo zidentyfikowanych lincRNA wykazywało niewielki sygnał dla zachowania sekwencji i mapowane antysensownie do skupisk endogennych siRNA, czego można by oczekiwać, gdyby służyć jako szablony i cele dla tych siRNA. Pozostałe 75% było bardziej bardziej konserwowane i obejmowały lincRNA o intrygujących cechach ekspresji i sekwencji wiążące je z procesami takimi jak formowanie dauerów, tożsamość samców, tworzenie plemników i interakcja z mRNA specyficznym dla plemników. Nasze badanie zapewnia wgląd w zawartość lncRNA u zwierząt bezkręgowych i stanowi źródło dla przyszłych badań funkcji lncRNA. --- 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. --- Pojawiają się nowe, głębokie i nieoczekiwane role długich niekodujących RNA (lncRNA) w krytycznych aspektach regulacji genów. w krytycznych aspektach regulacji genów. Tysiące lncRNA zostało niedawno zostały niedawno odkryte w szerokim zakresie systemów ssaków, związanych z z rozwojem, epigenetyką, nowotworami, funkcjonowaniem mózgu i chorobami dziedzicznymi. Biologia strukturalna biologia strukturalna tych lncRNA przedstawia nowy, wspaniały świat RNA, który może zawierać zawierać zróżnicowane zoo nowych architektur i mechanizmów. Podczas gdy badania strukturalne badania strukturalne lncRNA są w powijakach, opisujemy istniejące dane strukturalne dla lncRNA, a także badania krystalograficzne innych maszyn RNA i ich implikacje dla lncRNA. implikacje dla lncRNA. Omawiamy również znaczenie dynamiki w mechanizmie maszyn RNA RNA. Określenie podobieństw między systemami lncRNA pomoże wyjaśnić ewolucję i mechanistyczną rolę lncRNA w chorobach, tworząc ramy strukturalne niezbędne do stosowania terapii opartych na 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. --- Duża część funkcjonalnej sekwencji w genomach ssaków znajduje się poza kodujących białka i może być transkrybowana na długie RNA. Jednakże, role w biologii ssaków długich niekodujących RNA (lncRNA) nie są dobrze poznane. Niewiele lncRNA ma eksperymentalnie określone role, a niektóre z nich są specyficzne dla danej linii. Określenie zakresu, w jakim transkrypcja loci lncRNA jest zachowana lub utracona w wielu liniach ewolucyjnych jest niezbędne, jeśli mamy zrozumieć ich wkład w biologię ssaków i cechy specyficzne dla danej linii ewolucyjnej. cech. Tutaj eksperymentalnie zbadaliśmy zachowanie ekspresji lncRNA wśród blisko spokrewnionych gatunków gryzoni, umożliwiając ewolucję sekwencji DNA sekwencji DNA od ewolucji ekspresji transkryptów. Wygenerowaliśmy RNA (RNAseq) i dane DNA związane z H3K4me3 (ChIPseq) i połączyliśmy je w celu skonstruować katalogi transkryptów wyrażanych w dorosłej wątrobie Mus musculus domesticus (C57BL/6J), Mus musculus castaneus i Rattus norvegicus. My oszacowaliśmy tempo obrotu transkrypcyjnego lncRNA i zbadaliśmy wpływ efekty ich narodzin lub śmierci specyficznej dla linii. Transkrypcja lncRNA wykazała znacznie większy przyrost i utratę podczas ewolucji gryzoni, w porównaniu do genami kodującymi białka. Stwierdzono, że wskaźniki substytucji nukleotydów odzwierciedlają zachowanie transkrypcji in vivo transkrypcyjną konserwację międzygenowych lncRNA między gryzoniami: tylko tylko sekwencje niekodujących loci z zachowaną transkrypcją były ograniczone. Wreszcie, odkryliśmy, że specyficzne dla linii międzygenowe lncRNA wydają się być związane z umiarkowanie podwyższoną ekspresją genomowo sąsiadujących genów kodujących białka. genów kodujących białka. Nasze odkrycia pokazują, że prawie połowa międzygenowych loci lncRNA została zyskana lub utracona od czasu ostatniego wspólnego przodka myszy i szczura, i przewidują, że tak szybki obrót transkrypcyjny przyczynia się do ewolucji ekspresji genów specyficznych dla tkanki i linii.
Czy długie niekodujące RNA są tak samo konserwatywne w sekwencji jak geny kodujące białka?
Nie. Większość długich niekodujących RNA (lncRNA) podlega mniejszym ograniczeniom sekwencyjnym niż geny kodujące białka.