星球大战既视感~...





到了每周综述时间，今天周老师跟大家科普ceRNA假说，那些不编码蛋白的RNA们也是撕逼得很嗨，星球大战既视感。



在上一期的综述阅读分享中，我们提到miRNA在动物和植物体内都可以起到促进靶基因转录本降解或抑制靶基因翻译的作用。其中，出乎我们常识之外的是，哪怕在动物体内，miRNA降解靶基因依然是主要的调控方式，而不是通常我们认为的翻译抑制。

那么问题来了，miRNA是否会作用于lncRNA？

答案是肯定的。miRNA不但会与lncRNA结合，而且这种结合导致mRNA 和 lncRNA抢夺 miRNA的现象，产生一种特殊的三角调控关系，也就是今天这篇综述所要介绍的一个调控现象——竞争内源RNA（competing endogenous RNA），简称ceRNA现象。

这篇综述是生物大牛 Leonardo Salmena2011年在cell上发表过的一篇综述《A ceRNA Hypothesis: The RosettaStone of a Hidden RNA Language》，翻译过来就是《ceRNA假说，揭开RNA“语言”秘密的罗塞塔石碑》。听起来来很厉害的样子，什么是罗塞塔，不了解的同学自行百度啊哈。现在ceRNA已经被大量证实，应该叫现象而不是假说了。但这篇文章对ceRNA现象的描述直观易懂，值得我们参考。



这篇综述实际上就是说：ceRNA现象要涉及到哪些分子（主角），以及他们如何通过一种语言进行撕逼的。

ceRNA涉及的一门关键语言

microRNA反应元件（microRNA response elements），简称MREs（请务必记住这个简写，这个名词是理论的基础）。主要指的是mRNA或lncRNA上可以被miRNA结合区域，也就是一小段序列。本来mRNA和lncRNA可能是老死不相往来的，但是它们由于含有同源的MREs，所以它们可以与共同的miRNA结合，从而可以相互影响。所以，我们可以认为MREs是mRNA、lncRNA和miRNA相互交流的关键语言。

ceRNA假说的主角们

该ceRNA假说的主角们上场了，它们分别是microRNA、蛋白编码基因、假基因和长链非编码RNA。

主角一：MicroRNA

microRNA长约22个核苷酸，可与目标RNA部分互补结合，与microRNA结合的序列成为microRNA反应元件（MREs），结合后通常会抑制目标基因的表达。多个microRNA能够同时作用于一条mRNA转录体上的不同MREs，而且每一条microRNA能够抑制数百条转录体，因此microRNA调解着数量巨大的转录组。事实上，microRNA和许多疾病有关，比如癌症。

主角二：蛋白编码基因

目前已证实人类基因组中大约有2万个蛋白编码基因，其中大多密布MREs。随着验证编码基因转录体上的MREs的能力的增加，我们就越能预测microRNA依赖的调节。我们相信通过这种预测，加上恰当的验证步骤，将会在验证ceRNA假说中发挥重要的作用。

主角三：假基因

假基因虽然不具备蛋白编码能力，但依然具有组织特异性，而且能在特定病理条件下激活或沉默，比如癌症。重要的是，基因和相关假基因具有序列高度保守性，这提示它们可被相同的microRNA结合。

主角四：长链非编码RNA

长链非编码RNA（lncRNA）长度为200到数千核苷酸不等。关于lncRNA的报道越来越多，其中部分与表观遗传学机制相关，包括X染色体失活特异转录本（XIST）。重要的是，最近一项使用HITS-CLIP技术进行Argonaute结合转录体全球分析发现，microRNA同样能够调节lncRNAs。

ceRNA现象的五个关键论点

（1）miRNAs和靶向序列之间的作用是双向的。miRNA抑制靶向序列的同时，靶向序列也在吸附和消耗miRNA的有效丰度。

（2）RNA之间能够利用同源的miRNA反应元件（MREs），通过miRNA进行交流。RNA之间含有的相同MREs数量越多，它们之间的交流就越“深入”，因此RNA之间可以相互影响。

（3）基于以上的结论，就很容易理解为什么lncRNA和假基因可以通过与miRNA结合，从而影响mRNA的表达。因为一旦相应的miRNA被大量吸附和消耗，原来可能被抑制的mRNA就可以被大量解放和表达。

通常，我们也把这个现象称为lncRNA的海绵作用（microRNA sponges）。我们可以这样理解，这些海绵吸附了miRNA，守护了相关的mRNA。

（4）进一步推论，既然lncRNA、假基因虽不编码蛋白却依然有调控作用，那么mRNA应该也有这样的功能。所以，我们应该从两个层面思考mRNA的功能：

1. 在蛋白编码层面的功能；
2. mRNA作为核酸序列本身，也起着调控作用，可以影响其他mRNA、lncRNA的表达。

（5）从以上的过程中，我们可以MREs可看做RNA间的语言，转录本之间可通过该语言进行交流并调节各自的表达水平（图1B）。ceRNAs对话（或者ceRNA网络），适用于整个RNA系统，ceRNA假说除了能解释所有非编码RNA的功能外，它还对“编码基因必须被翻译成蛋白才能发挥功能”这一传统理论做出挑战。也就是说，即使没有经过翻译蛋白这一步，RNA们之间已经玩的很high了。

支持ceRNA假说的实验证据

抑癌基因PTEN上发现许多MREs，其假基因PTENP1具有保守性。过表达PTENP1的3’UTR会增加PETN水平，并通过Dicer依赖的方式抑制生长。有趣的是，在散发性结肠癌上出现PTENP1拷贝数减少，暗示PTENP1也可能为抑癌基因。

许多研究已发现外源性表达“microRNA海绵”能够有效特异地抑制microRNA的功能。这里的“microRNA海绵”是一种人工合成的转录体，它将某种MRE的多个拷贝串联起来。通常将它克隆到病毒载体上，因此能在细胞中高表达。这种海绵结构的应用令人激动，也许会成为将来RNA治疗的模式。类似地，我们认为ceRNA就是“内源性海绵”，能够影响目标microRNA的分布。和人工海绵不同，ceRNA含有多种microRNA的MREs，因此能够影响多种microRNA的多个靶点。

除了假基因，目前还有其它ceRNA的例子。Franco-Zorrilla及其同事发现，拟南芥中的非编码RNA IPS1能通过模拟miR-399的靶点并与之结合。类似地，疱疹病毒中的一种非编码RNA saimiri RNA能够结合并降解人类miR-27，从而产生对病毒感染、转化有利的细胞环境。

尽管这个假说同时适用于蛋白编码和非编码RNA，但我们推测，由于非编码ceRNA不具备翻译功能，专门和microRNA结合，因此可更有效地抑制microRNA。广泛使用HITS-CLIP和其它相关技术，将最终揭示假基因和lncRNA如何通过microRNA进行作用，并明确它们各自在ceRNA中的位置和影响。

ceRNA现象是普遍而广泛存在的。那么，lncRNA，mRNA，miRNA相互作用有什么样的逻辑呢？我们在后续的文章中会继续分享（ceRNA假说-ceRNA网络的逻辑与调节）。

结论

总之，我们假设，各种RNA之间通过MRE进行交互对话，从而形成庞大的调节网络。ceRNA能够为进化问题提供答案，它能部分解释基因组大小和生物复杂性的关系。此外，干扰ceRNA及其网络可能会导致疾病，但另一方面，它也能解释疾病进程，提供潜在的治疗方法。尽管ceRNA假说还处于起步阶段，但我们相信通过实验，科研人员能够完全找出microRNA结合位点，并为ceRNA语言分类。

我们设想，ceRNA语言将允许我们通过microRNA竞争来预测和控制整个调节网络。然而，我们依然还面临挑战，比如，为什么会存在这样的一个网络，它们可能会如何演变，让它们受到干扰时会出现什么后果？只有明确这些问题，我们才能完全破译隐藏在“罗塞塔石碑”背后的秘密。参考文献：

Salmena L,Poliseno L, Tay Y, et al. A ceRNA hypothesis: the Rosetta Stone of a hidden RNAlanguage?[J]. Cell, 2011, 146(3): 353-358.

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