LncRNA

lncRNA (באנגלית: long non-coding RNA) הן מולקולות רנ"א שאורכן עולה על 200 בסיסים שאינן מקודדות לחלבון השייכות למשפחת ה-ncRNA. גבול זה נקבע שרירותית כדי לשמש להפרדת lncRNA ממולקולות RNA קטנות (כמו microRNA, ו-siRNA) בשיטות הניקוי השונות.

שכיחות מולקולות lncRNA

במחקר שבוצע ב-2007 העלה כי בתאים אנושיים בהשוואה לתעתיקי mRNA היוצרים חלבונים, תעתיקי lncRNA משועתקים ברמה של פי 4 ויותר.
אולם פרויקט מקיף יותר בשם (FANTOM (Functional Annotation of Mammalian cDNA עשה שימוש בטכניקת ריצוף המובילה ליצירת ספריית cDNA זיהה כ-35,000~ תעתיקי lncRNA שבוטאו מכ-10,000~ לוקוסים (אתרים המכילים גן) ועברו מודיפיקציות בדומה לmRNA אך הן חסרות מסגרת קריאה.
כיום מספר זה של מולקולות אלו בתא מוערך כשמרני לאור מחקרים המראים כי מולקולות lncRNA בעלות מודיפקציות אלו מהוות רק כ-40% ממספרם האמיתי.
עם זאת קיים קושי גדול לכמת את מספרן של מולקולות lncRNA בתא או בספריות cDNA כיון שקשה לזהותן על פני תעתיקי mRNA.
למרות ההערכות כי קיימות בתאי יונקים עשרות אלפי תעתיקי lncRNA, קיימת סברה כי לרובן כלל אין פעילות.

זיהוי מולקולות lncRNA

לראשונה זוהו מולקולות lncRNA לאחר ריצוף ספריות cDNA בעכברים, לאחר שהתברר מהשוואה לספריית החלבונים כי רוב התעתיקים כלל אינם יוצרים חלבון. לאור התפתחות שיטות הריצוף התברר כי כמות התעתיקים שאינם מתורגמים לחלבון גדולה פי ארבעה מכמות התעתיקים היוצרים חלבון. מולקולות lncRNA רבות חופפות או ממוקמות בין אזורים המכילים מספר תעתיקים המקודדים לחלבונים או מולקולות ncRNA. מורכבות זו של הגנום קידמה את ההבנה כי הגנום מאורגן בצורה מודולרית כך שאזור מסוים יכול ליצור בשני הגדילים שלו תעתיקים מקודדים ושאינם מקודדים.

תפקיד מולקולות lncRNA

באיקריוטים מולקולות אלו מבקרות מנגנונים רבים בתא הכוללים את פעילות השעתוק על ידי RNA פולימראזII, פעילות פקטורי שעתוק וגיוסם, דחיסות הכרומטין, קישור פקטורי השעתוק לDNA, השתקה של כרומוזום X, מנגנון השחבור, מגנון התרגום, מנגנוני השתקה, הארכת טלומרים והשפעה על אפיגנטיקה, כאשר מתגלות יותר ויותר מולקולות lncRNA המשפיעות על ביטוי הגנים הסמוכים להם או המכילים אותם כאינטרונים.

שינוי מבנה הכרומטין

מולקולות lncRNA מגייסות קומפלקס האחראי על שינוי מידת דחיסות הכרומטין. כך למשל נזק לDNA יוצר סיגנל הגורם לביטוי מולקולות lncRNA באזור הקַדָם (פרומוטור) של הגן cyclin D1 הקשור במחזור התא. מולקולות אלו פועלות יחד לויסות הפעילות של RNA הקושר חלבון בשם FUS/TLS הפועל בדומה ל(TATA-Binding-Protein (TBP. לאחר מכן TLS מעכב את פעילות האצטיל-טרנספראז של CREB המהווה פקטור שעתוק ובכך מוריד את ביטוי הגן Cyclin D1.

בקרת פעילות פקטורי שעתוק

בעכברים קיים מעצם (אנהנסור) שמור אבולוציונית המכיל lncRNA בשם Evf2 שמגייס פקטור שעתוק בשם DLX2 לאותו אנהנסור כדי לגרום לביטויים של הגנים הסמוכים המקודדים לחלבונים, מנגנון הקיים באנהנסורים נוספים ביונקים.

בקרת פעילות RNA פולימראז II

מולקולות lncRNA עוברות אינטראקציה עם קומפלקס אתחול השעתוק TFIID לצורך השפעה על בחירת הפרומוטור. בסמוך לגן DHFR קיימת מולקולת lncRNA היוצרת קומפלקס עם הפרומוטור שמונע את קישור TFIID. מנגנון זה ככל הנראה נפוץ בבקרת פקומוטור כיון שקיימים אלפי קומפלקסים דומים בכרומוזומים האאוקריוטים.
מולקולות lncRNA שעוברות אינטראקציה עם אלמנטים בזאליים של RNA פולימראז II משועתקות לרוב על ידי RNA פולימראז III כך שמנגנון הבקרה שלהן לא תלוי בשעתוקן על ידי RNA פולימראז II. אלמנט Alu המשועתק בתגובה לשוק חום יכול להיקשר לRNA פולימראז II כדי למנוע את יצירת קומפלקס אתחול השעתוק.
בקרה לאחר שעתוק
מאחר שלמולקולות lncRNA יכולת קשירה הספציפית לרצף, הן יכולות לבקר תהליכי עיבוד של mRNA כמו שחבור, עריכה, הובלה לציטופלזמה, תרגום ודגרדציה. רוב הגנים ביונקים מבטאים תעתיק אנטי-סנס (תעתיק מהגדיל המשלים בדנ"א הדו גדילי) שייתכן ויוצר מולקולות ncRNA המבקרות את הדינמיקה וההתבגרות של הmRNA. בנוסף, הקישור של מולקולת lncRNA יכול לגרום לפירוקה על ידי קומפלקס RISC בדומה למנגנון siRNA.

חשיבות רפואית

חשיבותן הרפואית של מולקולות lncRNA טמונה ביכולות הבקרה המגוונות שלהן, ובמיוחד בכל הקשור בבקרה על גנים ותהליכים הקשורים להתמיינות ולהתפתחות. כך למשל ביטוי לא תקין שלהן עלול לגרום לשינוי הבקרה ולגרום לשינוי בביטוי גן קריטי.
בגן המקודד לחלבון p15 המהווה גן מדכא סרטן קיים תעתיק אנטיסנס (על הגדיל המשלים בDNA הדו גדילי) הגורם לשינוי דחיסות הכרומטין והמתילציה שלו ובכך מבקר את ביטויו של p15. בלוקמיה ביטוי תעתיק הlncRNA גורם לדיכוי ביטוי הגן p15, דבר שייתכן ותורם להתפתחות הגידול.
מחלת האלפא-תלסמיה המאופיינת בפגיעה בשרשרת החלבון גלובין α, נגרמת בשל פגיעה בביטוי הגן HBA2. הגן מושתק כיון שאזור CpG שלו עובר מתילציה הגורמת לדחיסתו כבר בתחילת ההתפתחות, עקב ביטוי מולקולת lncRNA הנמצאת בגדיל המשלים לגן HBA2 בתאי גזע עובריים.
SNP (Single Nucleotide Polymorphism) המהווה אתר בו קיים פולימורפיזם (שינוי בנוקלאוטיד יחיד בגנום בין פרטים) הנמצא ב־3'UTR של הגן ZFAT וכן בפרומוטור של התעתיק הנמצא בגדיל המשלים גורם לעלייה בביטוי ZFAT על ידי דיכוי ביטוי הגן מהגדיל המשלים, ומוביל בכך למחלה אוטואימונית thyroiditis.