膠質(zhì)母細胞瘤中的非編碼核糖核酸：新興的生物學概念和潛在的治療意義

發(fā)布時間：2021-06-17 11:04:51 | 閱讀：次| 關鍵詞：

本文有2415個文字，大小約為11KB，預計閱讀時間7分鐘

　　非編碼核糖核酸(ncRNAs)作為一類新的基因組調(diào)節(jié)劑出現(xiàn)，提出了分子生物學的新時代。隨著前沿的基因測序技術的出現(xiàn)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾種不同類型的非編碼RNA，包括微小核糖核酸(miRNAs)、長非編碼核糖核酸(lncRNAs)、環(huán)狀核糖核酸(circRNAs)和piwi相互作用核糖核酸(piRNAs)，它們與許多重要的發(fā)育和疾病過程有關，正在作為臨床和治療靶點進行研究。膠質(zhì)母細胞瘤(GBM)是成人大腦中較常見和較致命的癌癥，對其分子表型的研究表明，一些ncRNAs在其發(fā)病機制中經(jīng)常失調(diào)。此外，非編碼核糖核酸調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤生物學的許多重要方面，包括腫瘤細胞增殖、遷移、侵襲、凋亡、血管生成和自我更新。

膠質(zhì)母細胞瘤

　　1.非編碼基因組——挑戰(zhàn)中心法則

　　分子生物學的中心教條假設遺傳信息是從DNA → RNA →蛋白質(zhì)傳遞的。在過去的二十年里，高通量基因組測序技術的出現(xiàn)挑戰(zhàn)了以前認為轉錄組只是基因組和蛋白質(zhì)組之間的信使的觀點。核糖核酸分為兩個不同的類別:信使核糖核酸(被翻譯成蛋白質(zhì))和非蛋白質(zhì)編碼核糖核酸(非編碼核糖核酸)[一].長度小于200 bp的ncRNA轉錄物被歸類為小的非編碼RNAs，包括轉移RNAs (tRNAs)、小核仁RNAs (snoRNAs)、小核RNAs (snRNAs)、微小RNAs (miRNAs)和piwi相互作用RNAs (piRNAs)等。長非編碼核糖核酸(lncRNAs)被描述為長度超過200個核苷酸且沒有蛋白質(zhì)編碼潛力的轉錄物。某些類別的環(huán)狀核糖核酸也屬于環(huán)狀核糖核酸的定義范圍。

　　盡管非編碼核糖核酸不編碼蛋白質(zhì)，但它們含有重要的生物信息，在細胞命運、發(fā)育和疾病中起著多種作用。較近的研究表明它們在調(diào)節(jié)膠質(zhì)母細胞瘤的進展和發(fā)病機制中的作用。特別是在神經(jīng)膠質(zhì)瘤腫瘤干細胞(GSCs)中，其被認為對化療和放療具有抗性并導致腫瘤復發(fā)。

　　在這篇文章中，我們通過討論它們的生物發(fā)生和功能，對四種不同的非編碼RNA進行了概述。此外，我們強調(diào)關鍵的非編碼核糖核酸，并探索它們作為膠質(zhì)瘤生物學中假定的治療靶點的潛力。我們還討論了各種策略，以開發(fā)其診斷和治療潛力，這可能是一個有價值的介紹性工具，研究非編碼核糖核酸在GBM。

　　2.微小核糖核酸——小型但強大的基因調(diào)控機器

　　微小核糖核酸可能是研究較深入、特征較廣泛的一類非編碼核糖核酸。它們是17-22個核苷酸長的短的內(nèi)源性RNAs，轉錄后調(diào)節(jié)基因表達并介導基因沉默。1993年，維克多·安布羅斯和他的同事們在1994年發(fā)現(xiàn)了一個微小核糖核酸秀麗隱桿線蟲，當時他們描述了一種由lin-4基因座編碼的小核糖核酸，這種小核糖核酸在蠕蟲胚后發(fā)育過程中控制細胞的時間同一性方面起著至關重要的作用。自一次發(fā)現(xiàn)以來，在271種不同的生物體中總共發(fā)現(xiàn)了48，860個成熟的微小核糖核酸。此外，在人類中，大約1917個發(fā)夾前體和至少2654個成熟的微小核糖核酸已被注釋。人類中大約一半(46%)的微小核糖核酸是基因內(nèi)的，由蛋白質(zhì)編碼轉錄物的內(nèi)含子加工而成，相對較少由外顯子加工而成。其余的(54%)是獨自于基因間非編碼pri-miRNA轉錄物產(chǎn)生的，由它們自己的啟動子調(diào)控。毫無疑問，微小核糖核酸是一類更豐富的基因調(diào)節(jié)分子，對正常發(fā)育至關重要，因為它們能夠影響蛋白質(zhì)編碼基因的表達。因此，不出所料，它們的異常表達與幾種疾病過程有關。

　　3.長非編碼核糖核酸——從“暗物質(zhì)”到基因組調(diào)控

　　2009年，古特曼和他的同事們大規(guī)模地發(fā)現(xiàn)了低核苷酸多態(tài)性的廣度，他們使用染色質(zhì)狀態(tài)圖結合大規(guī)模平行的核糖核酸測序來表征散布在蛋白質(zhì)編碼位點之間的離散轉錄單位。使用這種方法，他們在哺乳動物中鑒定了1000多種高度保守的大型基因間非編碼核糖核酸(lincRNAs)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些lincRNAs中的許多調(diào)節(jié)不同的生物過程，包括細胞周期調(diào)節(jié)、免疫監(jiān)視和多能性。此外，約20%的lincRNAs與染色質(zhì)修飾復合物有關，并已被證明在細胞分化和發(fā)育過程中調(diào)節(jié)染色質(zhì)構象和影響基因表達。目前，在人類中有超過167，000個帶注釋的非編碼基因，其中大部分的功能和生物學相關性仍然是一個謎。

　　長非編碼核糖核酸通常由它們相對于鄰近蛋白質(zhì)編碼基因的位置來定義，并且被分類為基因間的(在兩個蛋白質(zhì)編碼基因之間)、內(nèi)含子的(從蛋白質(zhì)編碼基因的內(nèi)含子內(nèi)部轉錄)、雙向的(從蛋白質(zhì)編碼基因的啟動子發(fā)散轉錄)或反義的(從蛋白質(zhì)編碼基因的3’末端內(nèi)部啟動并以相反的方向轉錄)。它們具有多種功能，包括通過與蛋白質(zhì)和其他核糖核酸分子的相互作用來調(diào)節(jié)基因表達，通過旁分泌形成來組織核結構域，以及順式或反式形成的轉錄調(diào)節(jié)。像蛋白質(zhì)一樣，lncRNA的功能依賴于它們的亞細胞定位。在細胞核中，已顯示出低核受體通過形成副無核體來組裝核結構域，與染色質(zhì)修飾復合物結合，調(diào)節(jié)基因表達和轉錄沉默，并介導染色體內(nèi)和染色體間的基因-基因相互作用。相比之下，細胞質(zhì)lncRNAs通過調(diào)節(jié)mRNA的翻譯和穩(wěn)定性、蛋白質(zhì)的定位和周轉、控制細胞質(zhì)因子并調(diào)節(jié)它們的可利用性以及參與共享信號通路的蛋白質(zhì)支架來控制基因表達。

　　毫無疑問，lncRNAs已經(jīng)成為基因表達的一類重要調(diào)節(jié)因子，并可能在多種疾病的病因?qū)W中發(fā)揮重要作用。

　　4.相互作用的小核糖核酸——具有大功能的小核糖核酸

　　皮維相互作用的核糖核酸較初是由阿拉文和他的同事在2001年發(fā)現(xiàn)的184] in果蠅作為一類沉默的“長siRNAs”星形的，X染色體上的多拷貝基因。它們很可能是哺乳動物中較大的一類非編碼核糖核酸，僅在人類中就鑒定出30，000多個成員，定位于數(shù)千個反轉座因子編碼的基因組位點，并與哺乳動物的許多功能和疾病過程相關，包括癌癥發(fā)展。

　　Piwi相互作用核糖核酸是25-27長的核苷酸，從稱為piRNA簇的基因組位點轉錄，由長的單鏈前體轉錄物加工，然后裝載到Piwi蛋白質(zhì)家族?；蛘?，它們通過乒乓循環(huán)被擴增，在乒乓循環(huán)中，與反義piRNAs相關的PIWI蛋白切割有義鏈中的PIRNAs前體，反之亦然。piRNA的生物學功能取決于它們的細胞位置，但主要涉及轉座子的沉默。轉座子是基因組中可以改變其在基因組中位置的區(qū)域，可以通過插入新的位點來促進非法重組、雙鏈DNA斷裂或編碼序列的損害。在細胞核中，PIrNA-Piwi復合物可以通過甲基化轉座子區(qū)域或在轉座子周圍引入染色質(zhì)修飾來控制轉座子的表達。然而，在細胞質(zhì)中，轉座核糖核酸可以降解反轉座子相關的核糖核酸，促進核糖核酸的成熟，并通過類似核糖核酸的機制促進核糖核酸的切割。

　　特別是在癌癥中，PIrNA-Piwi復合物已被證明通過序列互補和沉默機制成分的募集介導轉錄基因沉默，以及通過類似于miRNA機制的PIrNA-RNA相互作用介導轉錄后基因沉默。除此之外，PirNA-Piwi復合物還可以招募DNA甲基轉移酶(DNMT)來甲基化位于基因組內(nèi)非轉座因子位點附近的CpG島，從而合適地改變轉錄活性。較后，PIrNA-Piwi復合物可以直接與蛋白質(zhì)結合，并通過磷酸化促進其活化，從而促進信號通路活化。

　　雖然piRNAs與其他癌癥有關，但探索其在膠質(zhì)細胞瘤形成中的作用的文獻有限。PIWI家族基因，PIWIL1，已被證明在體外和體內(nèi)神經(jīng)膠質(zhì)瘤模型中調(diào)節(jié)神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞的生長、侵襲和遷移，并與不良預后有關。2016年，Jacobs等人從膠質(zhì)母細胞瘤全基因組關聯(lián)研究中收集了1840例膠質(zhì)瘤患者樣本和2401例對照的數(shù)據(jù)，并分析了1428例piRNAs與膠質(zhì)瘤之間的關聯(lián)。他們確定了五個與神經(jīng)膠質(zhì)瘤風險增加相關的潛在危險基因。此外，發(fā)現(xiàn)piR-598能提高神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞的存活率和集落形成。此外，PIWIL1/piRNA的下調(diào)已被證明通過MEG3/miR-330-5p/RUNX3軸促進血液腫瘤屏障(BTB)滲透性。在另一項研究中，發(fā)現(xiàn)PIWIL3/OIP 5-AS1/MiR-367-3p/CEPPA(CCAAT/增強子結合蛋白α)反饋環(huán)可調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤細胞生長，PIWIL 3或piR-30188的過表達可聯(lián)合或單獨控制膠質(zhì)瘤進展。

　　piRNAs生物學領域相對較新，但由于PIRNAs通過表觀遺傳機制調(diào)節(jié)基因表達的能力而顯示出前景。進一步的研究可能闡明它們在調(diào)節(jié)腫瘤發(fā)生中的作用以及它們作為治療和預后標志物的潛力。

　　結論和未來方向

　　非編碼核糖核酸已經(jīng)成為一類新的生物調(diào)節(jié)劑，在調(diào)節(jié)腫瘤發(fā)生中具有多種不同的功能。隨著測序技術的出現(xiàn)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾種不同類型的非編碼RNA，包括miRNAs、lncRNAs、circRNAs和piRNAs，它們都是膠質(zhì)瘤生物學中的潛在參與者。它們在GBM中經(jīng)常失調(diào)，并調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤發(fā)展的許多方面，包括細胞增殖、遷移、侵襲、凋亡、血管生成和自我更新。由于其生物發(fā)生、長度和機制的多樣性，需要開發(fā)更簡化的方法來幫助理解其作為GBM背景下潛在治療靶點的動力學。此外，由于許多非編碼核糖核酸具有組織特異性表達，它們可以作為潛在的評估和預后生物標志物來研究，以評估治療結果以及對化學輻射的耐藥性。未來的研究還應該集中在理解其他類別的非編碼核糖核酸，包括非編碼核糖核酸和編碼核糖核酸，在膠質(zhì)瘤發(fā)展中的作用。

　　此外，核酸療法，包括反義寡核苷酸、反義寡核苷酸和反義寡核苷酸，可用于靶向非編碼核酸，并在體外和體內(nèi)調(diào)節(jié)其表達。改變這些治療方法并好轉其遞送和生物利用度的方法的數(shù)量使得在臨床上治療性靶向ncRNAs成為現(xiàn)實。然而，需要更好地理解核酸治療的非靶效應和潛在毒性。CRISPR-Cas9是另一種令人興奮的技術，可用于靶向ncRNAs，然而，需要進一步的研究來充分了解其效果和應用。

　　總之，非編碼核糖核酸代表了一類激動人心的生物分子，用于調(diào)節(jié)GBM的許多標志特征，并可用于更好地控制這種疾病的進展。