无义介导降解机制的新靶标——非编码转录本？

Nonsense mediated decay (NMD) is a RNA surveillance mechanism， which involved in detection and decay of transcripts with premature termination codons (PTC). PTC from transcripts may cause organisms to produce truncated proteins.The decay of such transcripts can ensure the normal function of organism. Current studies about NMD targets mainly focus on mRNAs, and it's still unclear whether noncoding RNAs can be regulated by NMD pathway. Many non-coding RNAs have some features that are similar to coding transcripts, for example: the muture noncoding RNAs may have one or more small open reading frames (ORF); and results from ribosome profiling technology indicate that ribosome can bind with noncoding RNAs. Furthermore, many noncoding RNAs, especially those long noncoding RNAs, should clean all those exon junction complexes (EJCs) after the splicing process. We recently found that the expression level of many long noncoding transcripts increased after knockdown NMD factor Upf1. Thus, we speculate that long noncoding RNAs may also be degraded by NMD mechanism. In this project, we will use different experimental and bioinformatic methods to investigate whether NMD also regulate non-coding transcripts. At last, we plan to explore the role of candidate non-coding NMD targets in human diseases.

无义介导降解作为一种机体的RNA监督机制，主要负责识别并且降解那些因为含有提前终止密码子而无法完整翻译的转录本，保证机体生命活动的正常进行。目前仅知道可编码的转录本能够通过该机制进行调控，而并不清楚占人基因组达70%的非编码基因的转录本是否具有类似的质量控制过程。与可编码的转录本相比，很多非编码转录本具有一些相似的特点，比如其经常有一个到多个开放阅读框，同时核糖体印迹测序技术发现核糖体可以结合在非编码RNA上。另外一些非编码转录本，比如长链非编码RNA等在剪切成熟后，也需要将外显子连接复合物一一清除。我们前期实验和信息分析发现，抑制NMD核心因子后，lincRNA转录本整体的表达上升, 据此我们推测非编码转录本也可能受NMD机制调控。在本项目中，我们拟通过多种实验和信息分析手段研究无义介导降解机制对非编码转录本的调控作用，并进一步研究其在疾病发生中的作用。

随着基因组学的发展，已有数以万计的基因间长非编码RNA(LincRNA)被发现，但是对其生物学功能却知之甚少。由于RNA的稳定性与RNA的生物学功能密切相关，我们将研究LincRNA的降解作为突破口，进一步阐明LincRNA的生物学功能。在本研究中，我们通过对NMD靶向调控LincRNA的可能性以及NMD敏感的LincRNA的各项性质进行分析，主要研究，NMD对LincRNA表达的影响是源于直接的NMD降解机制以及通过何种途径；相关的lincRNA有什么生物学功能，在癌症中起到什么作用。 .首先，我们提供了NMD直接靶向降解LincRNA的证据，作为NMD关键因子的磷酸化UPF1、EJC在NMD敏感的LincRNA中富集结合，并鉴定出了NMD过程产生的LincRNA降解中间体末端。其次，我们发现LincRNA中能够翻译的微型开放阅读框（smORF）是触发NMD过程的原因。最后，NMD敏感的LincRNA可能只是由转录错误引起，因此需要通过NMD清除以增加细胞的耐受性即转录噪音模型。根据我们的研究，NMD敏感的LincRNA具有保守性低、组织特异性低的特点，这与非功能性LincRNA的特征相似更支持转录噪音模型。NMD敏感的LincRNA的翻译效率、编码潜能、表达量、smORF的数量、smORF的长度以及长度的偏移均介于不受NMD影响的lincRNA和mRNA之间，说明NMD敏感的LincRNA不是简单的转录噪音，而是与蛋白编码基因的从头进化相关。此外，我们分析了72例肺腺癌病人和对应癌旁组织的转录组测序数据。我们采用多元线性回归模型来评估lincRNA对基因表达水平的调控效应，最终预测出一类参与基因表达调控的lincRNA以及这类lincRNA调控的靶基因，并且这些lincRNA与肺腺癌的发生发展密切相关。同时利用该数据，我们还初步证实肺腺癌中lincRNA的基因调控作用相比癌旁组织明显增强，具体表现为参与基因表达调控的lincRNA数量明显增多。所得结果不仅可系统性揭示lincRNA在细胞内的降解和调控机制，还可为lincRNA在肺腺癌中的作用以及相应的基因诊断和治疗新策略提供理论基础和潜在靶点。