特殊小RNA和lncRNA对干细胞染色体分离及染色质表观遗传状态的调控

A myriad of publications have shown the epigenetic regulations by small and long noncoding RNAs. In contrast, studies about epigenetic regulations elicited by endo siRNAs as a special class of small RNAs and natural antisense RNAs as a special class of long ncRNAs in the function, physiology, proliferation and differentiation of stem cells are limited. Preliminary data in our lab indicated that endo siRNAs and natural antisense RNAs were most abundant ncRNAs associated on the chromatin in stem cells. Endo siRNAs could regulate the levels and distributions of some lncRNAs, and thus regulate the epigenetic status, formation and function of centromere/kinetochore. We also found that natural antisense RNAs could modulate the chromatin epigenetic status and gene expression in stem cells. Under the support of this grant, we will systematically investigate roles of endo siRNAs and natural antisense RNAs in epigenetic regulation in stem cells. We hope our research will shed light on roles of ncRNAs in life events and epigenetic regulations of stem cells, which is one of the most significant topics of stem cell biology.

已有的证据表明了小RNA和长非编码RNA对染色质表观遗传状态的调控。但是对Endo-siRNA和Natural antisense RNA分别作为小RNA和长非编码RNA，在干细胞各种生物功能、生理状态、增殖分化等条件下的表观遗传调控的研究还非常缺乏。我们前期研究发现endo-siRNA和自然发生的反义RNA （Natural antisense RNA）分别是在干细胞有丝分裂过程中和染色质结合最多的小RNA和长非编码RNA。endo-siRNA参与了调控其它长非编码RNA的水平及分布，进而调控着丝粒/动粒区的染色质状态、及其组装和功能。而自然发生的反义RNA在干细胞中起着调控染色质表观遗传状态、从而调控基因表达的作用。我们将对这两类非编码RNA在干细胞中的表观遗传调控功能及机制进行深入研究。我们的研究将加深对非编码RNA参与干细胞生命活动及表观遗传状态调控这一重大生命科学命题的认知。

在此基金的支持下，我们研究了一个我们实验室发现并命名为5S-OT的长链非编码RNA。非编码RNA，转座子元件，可变剪切均参与了基因表达调控。我们发现一个保守的长链非编码RNA在进化中由于转座子的插入而获取了新的功能。此长链非编码RNA由我们发现并命名为5S-OT，其在从裂殖酵母到人的细胞当中、均由5S核糖体编码区域转录而来。在小鼠及人等哺乳动物细胞中，5S-OT在其转录产生的原位调控5S核糖体RNA的转录。在高级灵长类和人类当中，5S-OT RNA获取了调控数百个基因可变剪切的新功能。人类5S-OT RNA由于Alu原件的反向插入、产生了一个polypyrimidine tract（Py位点）。通过其Py位点、人类5S-OT招募参与pre-mRNA剪切的蛋白质U2AF65，进而通过5S-OT RNA中的反向Alu序列与靶标pre-mRNA当中的正向Alu序列的互补配对、将U2AF65蛋白带到受其调控的pre-mRNA上。非灵长类动物的5S-OT RNA不具有Py位点、不与U2AF65蛋白有相互作用、因而不能调控相应物种中的mRNA可变剪切。5S-OT可以调控人类细胞分化。以这一发现为基础、可以发展出生物技术来“纠正”或改变基因的可变剪切。