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. מחקר 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. 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. באאוקריוטים מולקולות אלו מבקרות מנגנונים רבים בתא הכוללים את פעילות השעתוק על ידי RNA פולימראז II, 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. 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 לוויסות 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. 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. 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 כיוון שקיימים אלפי קומפלקסים דומים בכרומוזומים של איקריוטים. 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. 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. 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. LncRNAdb - מאגר ביואינפורמטי של מולקולות lncRNA המתמקד במולקולות בעלות פעילות ביולוגית. Philipp Kapranov, Jill Cheng, Sujit Dike, David A. Nix, RNA maps reveal new RNA classes and a possible function for pervasive transcription, Science (New York, N.Y.) 316, 2007-06-08, עמ' 1484–1488 doi: 10.1126/science.1138341 P. Carninci, T. Kasukawa, S. Katayama, J. Gough, The transcriptional landscape of the mammalian genome, Science (New York, N.Y.) 309, 2005-09-02, עמ' 1559–1563 doi: 10.1126/science.1112014 Jill Cheng, Philipp Kapranov, Jorg Drenkow, Sujit Dike, Transcriptional maps of 10 human chromosomes at 5-nucleotide resolution, Science (New York, N.Y.) 308, 2005-05-20, עמ' 1149–1154 doi: 10.1126/science.1108625 Igor Martianov, Aroul Ramadass, Ana Serra Barros, Natalie Chow, Repression of the human dihydrofolate reductase gene by a non-coding interfering transcript, Nature 445, 2007-02-08, עמ' 666–670 doi: 10.1038/nature05519 Marcel E. Dinger, Paulo P. Amaral, Timothy R. Mercer, John S. Mattick, Pervasive transcription of the eukaryotic genome: functional indices and conceptual implications, Briefings in Functional Genomics & Proteomics 8, 2009-11, עמ' 407–423 doi: 10.1093/bfgp/elp038 Y. Okazaki, M. Furuno, T. Kasukawa, J. Adachi, Analysis of the mouse transcriptome based on functional annotation of 60,770 full-length cDNAs, Nature 420, 2002-12-05, עמ' 563–573 doi: 10.1038/nature01266 Tim R. Mercer, Marcel E. Dinger, John S. Mattick, Long non-coding RNAs: insights into functions, Nature Reviews. Genetics 10, 2009-03, עמ' 155–159 doi: 10.1038/nrg2521 James A. Goodrich, Jennifer F. Kugel, Non-coding-RNA regulators of RNA polymerase II transcription, Nature Reviews. Molecular Cell Biology 7, 2006-08, עמ' 612–616 doi: 10.1038/nrm1946 Jianchi Feng, Chunming Bi, Brian S. Clark, Rina Mady, The Evf-2 noncoding RNA is transcribed from the Dlx-5/6 ultraconserved region and functions as a Dlx-2 transcriptional coactivator, Genes & Development 20, 2006-06-01, עמ' 1470–1484 doi: 10.1101/gad.1416106 Manuel Beltran, Isabel Puig, Cristina Peña, José Miguel García, A natural antisense transcript regulates Zeb2/Sip1 gene expression during Snail1-induced epithelial-mesenchymal transition, Genes & Development 22, 2008-03-15, עמ' 756–769 doi: 10.1101/gad.455708 Isaac Bentwich, Amir Avniel, Yael Karov, Ranit Aharonov, Identification of hundreds of conserved and nonconserved human microRNAs, Nature Genetics 37, 2005-07, עמ' 766–770 doi: 10.1038/ng1590 J. S. Mattick, M. J. Gagen, The evolution of controlled multitasked gene networks: the role of introns and other noncoding RNAs in the development of complex organisms, Molecular Biology and Evolution 18, 2001-09, עמ' 1611–1630 doi: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a003951 Xiangting Wang, Shigeki Arai, Xiaoyuan Song, Donna Reichart, Induced ncRNAs allosterically modify RNA-binding proteins in cis to inhibit transcription, Nature 454, 2008-07-03, עמ' 126–130 doi: 10.1038/nature06992 Hilary L. Ashe, Joan Monks, Mark Wijgerde, Peter Fraser, Intergenic transcription and transinduction of the human β-globin locus, Genes & Development 11, 1997-10-01, עמ' 2494–2509 doi: 10.1101/gad.11.19.2494 Mizuki Ohno, Tatsuo Fukagawa, Jeremy S. Lee, Toshimichi Ikemura, Triplex-forming DNAs in the human interphase nucleus visualized in situ by polypurine/polypyrimidine DNA probes and antitriplex antibodies, Chromosoma 111, 2002-09, עמ' 201–213 doi: 10.1007/s00412-002-0198-0 Peter D. Mariner, Ryan D. Walters, Celso A. Espinoza, Linda F. Drullinger, Human Alu RNA is a modular transacting repressor of mRNA transcription during heat shock, Molecular Cell 29, 2008-02-29, עמ' 499–509 doi: 10.1016/j.molcel.2007.12.013 Yiping He, Bert Vogelstein, Victor E. Velculescu, Nickolas Papadopoulos, The antisense transcriptomes of human cells, Science (New York, N.Y.) 322, 2008-12-19, עמ' 1855–1857 doi: 10.1126/science.1163853 Wenqiang Yu, David Gius, Patrick Onyango, Kristi Muldoon-Jacobs, Epigenetic silencing of tumour suppressor gene p15 by its antisense RNA, Nature 451, 2008-01-10, עמ' 202–206 doi: 10.1038/nature06468 Cristina Tufarelli, Jackie A. Sloane Stanley, David Garrick, Jackie A. Sharpe, Transcription of antisense RNA leading to gene silencing and methylation as a novel cause of human genetic disease, Nature Genetics 34, 2003-06, עמ' 157–165 doi: 10.1038/ng1157 Senji Shirasawa, Haruhito Harada, Koichi Furugaki, Takashi Akamizu, SNPs in the promoter of a B cell-specific antisense transcript, SAS-ZFAT, determine susceptibility to autoimmune thyroid disease, Human Molecular Genetics 13, 2004-10-01, עמ' 2221–2231 doi: 10.1093/hmg/ddh245