ncRNA与肿瘤-博导论坛-德伟

mRNAmicroRNAlncRNAGeneticsEpigeneticsProtein：Cytokine……第一页，共54页。OverviewofEukaryoticTranscriptomeandncRNARNATranscriptsProtein-codingmRNA(<3%)Non-codingRNATranscripts(>97%)HousekeepingRNAsRegulatoryRNAspiRNAmiRNAsiRNAtRNArRNAsnRNAlncRNA第二页，共54页。RNA组和RNA组学RNA组指一种生物体或一个细胞或组织中的全部的RNA分子。RNA组学指以RNA组为研究对象，研究细胞内所有RNA分子的结构和功能及其在不同生理条件下动态变化规律的科学。第三页，共54页。RNA在基因表达中有调控功能RNA有催化功能rRNA有转肽酶活性RNA编辑、RNA的再编码RNA作为端粒酶的组成成份在维持端粒DNA长度中的模板作用等等。这使得人们逐渐接受生命可能起源于RNA而非DNA的观点，逐渐认识到RNA的生物学功能远非仅仅传递遗传信息那么单一。第四页，共54页。细胞因子抗体芯片分子生物学抗体芯片转录因子活性芯片microRNA表达谱芯片microRNAPCR芯片Longnon-codingRNA芯片基因芯片表达谱芯片功能分类PCR芯片MeDIP-chipChIP-on-chipaCGHRNASequencingmRNATagProfilingSmallRNASequencingMeDIP-SequencingChIP-SequencingMicroarraySequencing第五页，共54页。转录转录是指DNA指导的RNA合成。反应是以DNA为模板，在RNA聚合酶催化下，以四种三磷酸核苷（NTP）即ATP、GTP、CTP及UTP为原料，各种核苷酸之间的3′、5′磷酸二酯键相连进行的聚合反应。合成反应的方向为5′→3′。转录作用过程可以分为三个阶段：起始、延长及终止。第六页，共54页。mRNA水平研究方法高/低通量一次实验检测基因数Northernblot、RT-PCR等低通量一个基因功能分类PCR芯片相对高通量84或370个基因全基因组表达谱芯片高通量几万个基因(人、小鼠约40000个基因)mRNA高通量测序高通量几万个基因基于mRNA水平的实验检测方法第七页，共54页。常规数据分析深入数据挖掘表达谱芯片数据结果差异基因筛选GO、Pathway分析基因网络分析(PathwayStudio)

分子标志物筛选（PAM）第八页，共54页。基因网络关系基因表达上调/下调基因的细胞定位基因对应的蛋白类型深入数据挖掘1----基因网络分析(PathwayStudio)PathwayStudio应用：pathway分析及其可视化第九页，共54页。转录水平调控----表观遗传（Epigenetics）

定义：没有DNA序列变化的、可遗传的基因表达改变主要机制：DNA甲基化、组蛋白修饰及非编码RNAGeneRegulation第十页，共54页。一.DNA甲基化（DNAmethylation）RegulationofgeneexpressionInactiveXchromosomeDevelopment/DifferentiationCancerandotherdiseasesDNA甲基转移酶SAMSAH胞嘧啶5-甲基-胞嘧啶甲基化供体第十一页，共54页。DNA甲基化与疾病DNMTsFRPWIFDkksC-Myc,etc抑癌基因MetabolicDiseaseCardio-vascularDiseaseAuto-ImmunDiseaseCancerMethylation肿瘤：整体基因组低甲基化（染色体不稳定）部分基因启动子高甲基化（如抑癌基因）第十二页，共54页。StatisticsonarticlespublishedabouthistonemodificationsinPubMed.(BMCBioinformatics,2009)二.组蛋白修饰（Histonemodifications）第十三页，共54页。激活标志沉默标志甲基化

H3（K4、K36、K79）H3（K9、K27）H4（K20）乙酰化H3（K9、K14、K18、K56）H4（K5、K8、K12、K56）H2B（K6、K7、K16、K17）组蛋白修饰与基因表达调控Histone-modificationmapsforatypicalchromosomeinnormalandcancercells.(NatRevGenet,2007)DNArepeatstumour-suppressorgenesActiveRepressActiveRepress第十四页，共54页。表观遗传学----实验技术平台表观遗传学机制低通量高通量芯片平台测序平台DNA甲基化

(5’-methyl-Cytosin)BSP,MSPMeDIP-PCRMeDIP-chipMeDIP-Seq组蛋白修饰及转录因子调控ChIP-PCREMSAChIP-on-chipChIP-Seq第十五页，共54页。转录后的调控—转录作用产生出的mRNA、tRNA、rRNA及小分子RNA的初级转录本全是前体RNA，而不是成熟的RNA，它们没有生物学活性，还要在酶的作用下，进行加工才能变为成熟的，有活性的RNA。—调控方式：1.5′末端帽子的生成2.3′末端多聚A尾的生成3.剪接作用4.RNA编辑5.microRNA6.lncRNA第十六页，共54页。LanderE.Nature,2001TaftRandMattickJ.Bioessays,2007NoncodingDNAinthegenomeofdifferentspeciesComplexfungiProkaryotesUrochordateSimpleeukaryotesInvertebratesPlantsVertebratesVertebratesCiona(urochordate)InvertebratesPlantsComplexfungi(Neurospora)Simpleeukaryotes(yeasts,plasmodium,Dictyostelium)Prokaryotes100%75%50%25%0%RatioofnoncodingDNAingenomelowhigh第十七页，共54页。

SmallRNA：Hottopics

2002年12月20日，Science杂志将“SmallRNA&RNAi”评为2002年度最耀眼的明星。同时，Nature杂志亦将SmallRNA评为年度重大科技成果之一.2000-2005年,小片断核糖核酸连续五年入选“十大科技突破”.

2006年RNA干扰现象(RNAi)获得诺贝尔生理医学奖.2008年,SmallRNA被美国《Science》杂志评为“2008年值得关注的科研热点”之一.第十八页，共54页。ncRNAlncRNA（长链非编码RNA）miRNApiRNA….tRNA…非编码RNA（ncRNA）的分类第十九页，共54页。Animals(mostly)Plants(mostly)Targeting3’UTRofmRNAwithimperfectmatch–leadingtogenesilencing(translationalrepressionormRNAdegradation)

microRNAbasicfeaturesShortnon-codingRNA19-22nucleotidesPost-transcriptionalregulatorsAlteredmicroRNAexpressionprofilesareassociatedwithanumberofdiseasescancerdiabetesneurologicaldiseaseviralinfection)第二十页，共54页。BackgroundoflncRNA长链非编码RNA(lncRNA)是一类转录本长度超过200nt的RNA分子，它们并不编码蛋白，而是以RNA的形式在多种层面上（表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等）调控基因的表达水平。

根据lncRNA在基因组上的位置，可将其分为5种类型：1.sense,2.antisense,3.bidirectional,4.intronic,5.intergenic。图中编码RNA和非编码RNA外显子分本别用蓝色和黄色表示第二十一页，共54页。lncRNAsparticipateinmanyprocessesthatcontrolgeneexpressionandcelldifferentiationEpithelial-mesenchymaltransitionGermlinedevelopmentandfunctionBonemorphogenesisCardiacmuscledevelopmentImprintinggenesregulationXchromosomeInactivation……Xist(X-inactive-specifictranscript)(GeneDev,2007)Interphasemousenucleus:XistRNA(green)withtheinactiveXchromosomeDNA--DAPI(blue)第二十二页，共54页。TheMechanismoflncRNAFunctionNatRevGenetics,2009Dlx5第二十三页，共54页。lncRNAandtumourlncRNAHOTAIR通过绑定PRC2复合物介导一系列抑癌基因的H3K27三甲基化，从而促进乳腺癌的侵袭转移----NATURE|Vol464|15April2010.lncRNAANRIL也可以通过绑定PRC2介导抑癌基因p15INK4B表达的沉默，进而促进细胞的增殖----Oncogene(2010)第二十四页，共54页。Humancancer-associatedLncRNA第二十五页，共54页。ncRNA可能是生物网络的重要元件proteinncRNA?ncRNA第二十六页，共54页。NSCLC中miR-451的研究miRNA芯片及real-timePCR检测发现miR-451在NSCLC组织中较癌旁组织出现了明显的表达下调

-----MicroRNA-451functionsasatumorsuppressorinhumannon-smallcelllungcancerbytargetingras-relatedprotein14(RAB14).RWang,Z-XWang,J-SYang,XPan,WDeandL-BChen.Oncogene(2011)1–15第二十七页，共54页。miR-451的表达量与NSCLC的细胞分化、病人的分期、淋巴结转移密切相关

-----MicroRNA-451functionsasatumorsuppressorinhumannon-smallcelllungcancerbytargetingras-relatedprotein14(RAB14).RWang,Z-XWang,J-SYang,XPan,WDeandL-BChen.Oncogene(2011)1–15第二十八页，共54页。miR-451的表达量与NSCLC病人的预后密切相关

-----MicroRNA-451functionsasatumorsuppressorinhumannon-smallcelllungcancerbytargetingras-relatedprotein14(RAB14).RWang,Z-XWang,J-SYang,XPan,WDeandL-BChen.Oncogene(2011)1–15第二十九页，共54页。miR-451通过调控靶基因RAB14发挥功能

-----MicroRNA-451functionsasatumorsuppressorinhumannon-smallcelllungcancerbytargetingras-relatedprotein14(RAB14).RWang,Z-XWang,J-SYang,XPan,WDeandL-BChen.Oncogene(2011)1–15第三十页，共54页。胃癌中miR-196a的研究Real-timePCR检测发现miR-196a在胃癌组织中较癌旁组织出现了明显的表达上调第三十一页，共54页。miR-196a启动子区DNA的甲基化影响了miR-196a的表达第三十二页，共54页。miR-196a在癌组织中的表达量显著高于癌旁组织，且与胃癌病人的肿瘤的大小、淋巴结转移、分期密切相关第三十三页，共54页。miR-196a的表达量与病人的预后相关第三十四页，共54页。miR-196amiR-196a的高表达促进胃癌细胞的增殖第三十五页，共54页。miR-196a的靶基因miR-196aP27kip1HOXA5FOXO1第三十六页，共54页。miR-196a靶向作用于P27kip1MiR-196a

isupregulatedingastriccancerandpromotescellproliferationbydownregulatingp27(kip)SunM,LiuXH,LiJH,YangJS,ZhangEBWangZX,CaoXF,DeWMolCancerTher

2012Apr

第三十七页，共54页。Ap53dependentlncRNATUG1regulatesNSCLCcellsProliferationbyepigeneticlyrepressingHOXB7expressionLocation:22q12.2,7081ntThus,TUG1isinducedbyp53,bindstoPRC2,andhasaroleinrepressingspecificgenesinvolvedincell-cycleregulation.----PNAS.2009Jul14;106(28):11667-72.p53TUG1cell-cyclegenesTUG1isoverexpressedinurothelialcarcinomaofthebladder，Cellproliferationinhibitionandapoptosisinductionwereobservedin

TUG1

siRNA-transfectedcells.

---JSurgOncol.2012Sep7对于TUG1在肿瘤中作用的确切分子机制尚无相关报道。第三十八页，共54页。Figure1.RelativeTUG1expressioninNSCLCtissuesanditsclinicalsignificance.第三十九页，共54页。、Figure2TheeffectofTUG1onNSCLCcellsproliferation第四十页，共54页。第四十一页，共54页。Figure3TUG1canregulateHOXB7expression

第四十二页，共54页。Figure4HOXB7contributetoNSCLCcellproliferationviaAKTpathyway第四十三页，共54页。Figure5TUG1inhibitedtumorgrowthinvivo第四十四页，共54页。Figure6HOXB7wasnegativelyassociatedwithTUG1expression第四十五页，共54页。HOXB7NSCLCcellproliferationp53p53p53TUG1PRC2SUZ12EEDEZH2H3K27m3H3K27m3第四十六页，共54页。AHER2competingendogenousRNAHOTAIRpromotesgastriccancercellsinvasionbyspongingmiR-331-3p第四十七页，共54页。Figure1.