为何lncRNA研究备受国自然青睐？看完这篇你就明白了

2024-01-21 16:01

2024年的国自然项目申报如火如荼进行中，相信大家都在积极推进基金申请工作。国自然选题除了需结合已有的研究基础外，更需把握重点资助方向、涉猎热点中标领域。如果还有在烦恼选题的老师们，今天可以跟着小编一起来看看去年大热的中标领域——lncRNA研究。

什么是lncRNA

LncRNA（长链非编码RNA）是一类长度超200nt的非编码RNA分子，不具备蛋白质编码功能，在基因组中广泛存在。但直到最近，人们才开始逐渐认识到lncRNA在基因表达调控、细胞分化、肿瘤发生、炎症等多种疾病机制中的重要作用^[1-4]。随着生物技术的不断发展，lncRNA逐渐成为生命科学领域的研究热点。

LncRNA的研究价值

过去五年国自然批准的RNA相关项目中，lncRNA相关研究课题占近半壁江山。国自然医学中标项目中，lncRNA可以排进热点领域前十五。LncRNA为何备受青睐？让我们一起来看看它的关键特性。

特性1——异质性

相较mRNA，lncRNA的异质性更强，具有很好的组织特异性和细胞类型特异性。因此，研究特异性相关机制时，分析lncRNA可能比分析mRNA更容易获得有趣的结果。

2017年在Science上发表的一项CRISPR研究中，发现了499种对细胞生长具有重要功能的lncRNA分子，其中89%仅在特定的细胞类型中发挥作用（图1）。此外，文章还发现，敲低lncRNA表达甚至可以特异性地影响特定细胞类型的基因表达和功能^[5]。另有一个肝癌研究报告数百种lncRNA，大多数都只在某一种细胞类型里特异性表达^[6]，再次证实lncRNA具有很强的特异性。

图1. 大部分lncRNA的表达具有显著的细胞类型特异性

在前列腺癌方面，尿液lncRNA PCA3已经是早期前列腺癌的生物标志物^[7]，PCA3的检测试剂也开始了临床应用。

由上文可见，在肿瘤、炎症、免疫类疾病和神经系统疾病等领域，lncRNA提供了一个有力的研究切入点来探索异质性。特别是在标志物发现和靶点挖掘方面，lncRNA尤其适用。

特性2——机制多样性

LncRNA对表观遗传、转录因子调控、RNA转录后调控等不同层面上的分子机制均有影响，通过多层面的调控在复杂的分子网络中发挥作用，与众多疾病密切相关^[8]。

伦敦大学学院（UCL）的研究者发表一项很有意思的研究^[9]，对一名天生没有疼痛感的女士进行调查，造成这种疼痛感丧失的是一种lncRNA FAAH-OUT的罕见突变。研究发现，这一突变会导致FAAH-OUT lncRNA的转录中断，从而通过多个层面的机制来影响痛觉，包括FAAH启动子的DNA甲基化（表观遗传方面），以及FAAH转录水平的调控（转录调控方面）。同时，FAAH-OUT的突变还导致其它797个基因被激活，348个基因被抑制，其中包括和情绪调节及痛觉调节有关的基因。

图2. FAAH-OUT突变调控其它基因表达的机制

上述例子很好地展示出lncRNA的复杂机制特征，它们在复杂疾病的分子网络中常常扮演着多重角色。在错综复杂的分子机制网络中，lncRNA很可能就是研究者寻找的关键节点。因此，对于研究者们关注的不同分子生物学机制，lncRNA都存在提供全新见解的可能，甚至开辟出全新的认知领域。

LncRNA研究难点

LncRNA研究的常见模式与mRNA类似：找到并筛选出目标lncRNA分子，研究lncRNA表型及功能机制。但在实际研究中，科研人员面临着许多挑战。首先lncRNA的发现和鉴定就相当困难。与mRNA相比，lncRNA的表达水平较低，且在基因组中的位置往往与编码基因重叠。同时，目前常用的lncRNA筛选工具如混池测序等相对较为传统，在mRNA研究中常用的单细胞转录组（scRNA-seq）、空间转录组等解析细胞异质性方法，在lncRNA研究中却极少被使用。而偏偏lncRNA的异质性更强，目标lncRNA在混池测序的对比中很可能被掩盖，极大地限制lncRNA的深入研究。

目前可应用于lncRNA研究的商业化平台非常有限。在现有的大部分单细胞转录组和空间转录组方法中，其捕获原理或基于ployA尾，或基于针对编码区的靶向探针，而lncRNA等非编码RNA并不在这些工具的可覆盖范围之内。

幸运的是，M20 Genomics前瞻性地考虑到lncRNA的应用，于2022年8月推出了全球首个商业化高通量单细胞全转录组技术M20 Seq及相关产品VITA系列（图3），可同时获得编码区和非编码区的转录组信息，可用于lncRNA的深度分析。同时，VITA系列产品适用于新鲜、冻存和FFPE等多种样本类型，对lncRNA研究最多的肿瘤领域非常有利。

图3. VITA真核单细胞转录组产品图

M20助力lncRNA深度分析

由于lncRNA通常有着较明显的细胞类型特异性，因此可将其纳入分群及注释分析，获得更加精准的细胞分群及注释结果。

基于单细胞lncRNA及mRNA信息，M20用VITA CytBase数据库（点击查看内容）对来源于49例肿瘤样本、共80万多个细胞核的VITA单细胞平台数据进行分群注释，共得到恶性上皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞、B细胞、T细胞等共39个细胞类型。其中，细胞数量最多的细胞类型是恶性上皮细胞（图4）。

图4. 基于单细胞lncRNA及mRNA信息对泛癌种样本VITA单细胞平台数据进行的分群注释

同时，lncRNA还可提供特异性细胞类型marker。VITA单细胞平台通过对上述49例肿瘤样本的数据分析，可以获取各个亚群中特异性高表达的lncRNA marker（图5）。

图5. 各细胞类型中丰度前三的lncRNA maker

LncRNA的研究具有巨大价值和潜力，对看重创新性的国自然项目，选择新技术探索新问题是非常有优势的。且无论是在生命活动调控的基础研究，还是与细胞功能异质性相关的疾病研究中，科研人员都可以试着结合lncRNA研究方面的成果，利用可实现lncRNA分析的单细胞测序技术，做出更多前瞻性研究。有对M20的产品感兴趣的老师，也可以自行联系：

希望今天的分享可以给各位老师带去新的研究思路，在国自然申报期间，我们还将继续推出系列文章和线上直播，帮助大家一击即中！

参考文献：

1. Ashrafizadeh, M., Zarrabi, A., Mostafavi, E., et al. (2022). Non-coding RNA-based regulation of inflammation. Seminars in immunology, 59, 101606.

2. Yan, H., & Bu, P. (2021). Non-coding RNA in cancer. Essays in biochemistry, 65(4), 625–639.

3. Ali, S. A., Peffers, M. J., Ormseth, M. J., et al. (2021). The non-coding RNA interactome in joint health and disease. Nature reviews. Rheumatology, 17(11), 692–705.

4. Ren, H., & Wang, Q. (2021). Non-Coding RNA and Diabetic Kidney Disease. DNA and cell biology, 40(4), 553–567.

5. Liu, S. J., Horlbeck, M. A., Cho, S. W., et al. (2017). CRISPRi-based genome-scale identification of functional long noncoding RNA loci in human cells. Science, 355(6320), aah7111.

6. Grassi, L., Izuogu, O. G., Jorge, N. A. N., et al. (2021). Cell type-specific novel long non-coding RNA and circular RNA in the BLUEPRINT hematopoietic transcriptomes atlas. Haematologica, 106(10), 2613–2623.

7. Chevli, K. K., Duff, M., Walter, P., et al. (2014). Urinary PCA3 as a predictor of prostate cancer in a cohort of 3,073 men undergoing initial prostate biopsy. The Journal of urology, 191(6), 1743–1748.

8. Mattick, J. S., Amaral, P. P., Carninci, P., et al. (2023). Long non-coding RNAs: definitions, functions, challenges and recommendations. Nature reviews. Molecular cell biology, 24(6), 430–447.

9. Mikaeili, H., Habib, A. M., Yeung, C. W., et al. (2023). Molecular basis of FAAH-OUT-associated human pain insensitivity. Brain : a journal of neurology, 146(9), 3851–3865.

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来源: qq

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