德维克 [ncrna与肿瘤-博导论坛--德伟]

-------------生物化学与分子生物学实验室 德伟,ncRNA差异表达与肿瘤发生,,mRNA microRNA lncRNA,,,Genetics Epigenetics,Protein:
Cytokine……,Overview of Eukaryotic Transcriptome and ncRNA,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。,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。,,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 microRNA PCR 芯片 Long non-coding RNA芯片,MeDIP-chip ChIP-on-chip aCGH,,,,,,,,RNA Sequencing,mRNA Tag Profiling,Small RNA Sequencing,MeDIP-Sequencing ChIP-Sequencing,Microarray,Sequencing,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。,基于mRNA水平的实验检测方法,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 (Pathway Studio) 分子标志物筛选(PAM),,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,Pathway Studio应用:pathway分析及其可视化,,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RNA,Gene Regulation,一. DNA甲基化(DNA methylation),,Regulation of gene expression Inactive X chromosome Development / Differentiation Cancer and other diseases,,,,DNA甲基化与疾病,,Methylation,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),Statistics on articles published about histone modifications in PubMed. (BMC Bioinatics, 2009),二. 组蛋白修饰( Histone modifications ),组蛋白修饰与基因表达调控,Histone-modification maps for a typical chromosome in normal and cancer cells. (Nat Rev Genet , 2007),DNA repeats,tumour-suppressor genes,Active,Repress,Active,Repress,表观遗传学----实验技术平台,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. microRNA 6. lncRNA,Lander E. Nature, 2001 Taft R and Mattick J. Bioessays, 2007,Noncoding DNA in the genome of different species,,Vertebrates Ciona (urochordate) Invertebrates Plants Complex fungi (Neurospora) Simple eukaryotes (yeasts, plasmodium, Dictyostelium) Prokaryotes,,,,,,,,100% 75% 50% 25% 0%,Ratio of noncoding DNA in genome,,low,high,,Small RNA:Hot topics,2002年12月20日,Science杂志将“Small RNA & RNAi”评为2002年度最耀眼的明星。同时,Nature杂志亦将Small RNA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 , Small RNA被美国《 Science 》杂志评为“2008年值得关注的科研热点”之一.,非编码RNA(ncRNA)的分类,Animals (mostly),Plants (mostly),Targeting 3’UTR of mRNA with imperfect match – leading to gene silencing (translational repression or mRNA degradation),microRNA basic features,Short non-coding RNA 19-22 nucleotides Post-transcriptional regulators Altered microRNA expression profiles are associated with a number of diseases cancer diabetes neurological disease viral infection),Background of lncRNA,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,lncRNAs participate in many processes that control gene expression and cell differentiation,Epithelial-mesenchymal transition Germline development and function Bone morphogenesis Cardiac muscle development,Imprinting genes regulation X chromosome Inactivation ……,Xist (X-inactive-specific transcript) (Gene Dev, 2007),Interphase mouse nucleus: Xist RNA (green) with the inactive X chromosome DNA--DAPI (blue),The Mechanism of lncRNA Function,Nat Rev Genetics, 2009,Dlx5,lncRNA and tumour,lncRNA HOTAIR 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| Vol 464| 15 April 2010.,lncRNA ANRIL 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),Human cancer-associated LncRNA,ncRNA可能是生物网络的重要元件,ncRNA,NSCLC中miR-451的研究,miRNA芯片及real-time PCR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-451 functions as a tumor suppressor in human non-small celllung cancer by targeting ras-related protein 14 (RAB14). R Wang, Z-X Wang, J-S Yang, X Pan, W De and L-B Chen. Oncogene (2011) 1–15,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-451 functions as a tumor suppressor in human non-small celllung cancer by targeting ras-related protein 14 (RAB14). R Wang, Z-X Wang, J-S Yang, X Pan, W De and L-B Chen. Oncogene (2011) 1–15,miR-451的表达量与NSCLC病人的预后密切相关,-----MicroRNA-451 functions as a tumor suppressor in human non-small celllung cancer by targeting ras-related protein 14 (RAB14). R Wang, Z-X Wang, J-S Yang, X Pan, W De and L-B Chen. Oncogene (2011) 1–15,miR-451通过调控靶基因RAB14发挥功能,-----MicroRNA-451 functions as a tumor suppressor in human non-small celllung cancer by targeting ras-related protein 14 (RAB14). R Wang, Z-X Wang, J-S Yang, X Pan, W De and L-B Chen. Oncogene (2011) 1–15,胃癌中miR-196a的研究,Real-time PCR 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,miR-196a启动子区DNA的甲基化影响了miR-196a的表达,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,miR-196a的表达量与病人的预后相关,miR-196a,miR-196a的高表达促进胃癌细胞的增殖,miR-196a的靶基因,miR-196a,,,P27 kip1,,,HOXA5,,,FOXO1,miR-196a 靶向作用于P27 kip1,MiR-196a is upregulated in gastric cancer and promotes cell proliferation by downregu