长链非编码RNA在细胞周期调控中的翻译潜能与功能

The cell cycle comprises a sequence of events that culminate in cell division. Dysfunction of cell cycle causes serious consequences, leading indefinite cell replication and the development of cancer. Accumulated evidences have shown that long non-coding RNA (lncRNA) plays important roles in regulating cell cycle and tumorigenesis. Recently developed ribosome profiling even has shown that lncRNA can bind to ribosomes and translate into micro-peptides, with important biological functions. In this research, we will use a combined computational and experimental approach to systematically characterize transcriptome and translactome of lncRNA and the associated regulatory network in cell cycle. We will further predict important lncRNAs in regulating cell cycle and tumorigenesis based on public cancer genomic and clinical data. Based on our computational prediction of lncRNA with coding potential, we will experimentally validate translation products of lncRNA and further explore biological functions of lncRNA and underlying mechanism. Our study will, for the first time, reveal the important roles of lncRNAs with coding potential in regulating cell cycle progression.

细胞周期的时序转换确保细胞内的生命活动有序的进行，细胞周期过程失调导致细胞增殖失控，诱发肿瘤等复杂疾病。近年来越来越多的证据表明长链非编码RNA(lncRNA)在细胞周期调控过程以及肿瘤等复杂疾病的发生发展过程中扮演着重要的角色；核糖体谱（ribosome profiling）进一步提示了lncRNA甚至可以翻译微肽，发挥重要的生物学功能，为lncRNA研究提供了全新的线索。本项目拟采用计算结合实验的手段，系统分析lncRNA在细胞周期中翻译和转录模式，构建lncRNA介导的细胞周期翻译调控网络，并结合大规模肿瘤公共数据，分析在细胞周期调控以及肿瘤发生发展中起重要作用的lncRNA及其翻译潜能，进一步利用细胞及分子生物学手段证实lncRNA翻译产物，探索lncRNA的功能及其分子机制。本项目将首次揭示具有翻译潜能的lncRNA控制细胞周期进程的新机制。

细胞周期的时序转换确保细胞内的生命活动有序的进行，细胞周期过程失调导致细胞增殖失控，诱发肿瘤等复杂疾病。近年来研究表明，长链非编码RNA(lncRNA)在细胞周期调控以及肿瘤等复杂疾病的发生发展中扮演着重要角色；核糖体谱（ribosome profiling）提示了lncRNA可以翻译微肽，为lncRNA研究提供了全新的线索。为系统研究lncRNA在细胞周期中的翻译潜能与调控作用，本项目首先基于细胞周期同步化的HeLa和MCF-7肿瘤细胞系的RNA-seq和Ribo-seq组学，绘制了lncRNA在细胞周期中的转录和翻译全景图，鉴定了细胞周期各阶段特异的lncRNAs；结合核糖体足迹证据，评估了lncRNA编码微肽的能力；我们一共候选了12个lncRNAs在两个细胞系的细胞周期中具有相同表达模式。利用细胞及分子生物学实验手段证实了候选lncRNAs的翻译产物，确定了其生物学功能以及在调控细胞周期中的分子机制。本项目发现，SNHG15具有翻译成微肽的能力，其转录表达受c-MYC转录因子和WDR5辅助因子调控；SNHG15下调会显著抑制p21蛋白表达水平，从而导致细胞周期阻滞。基于小鼠模型，本项目还研究了可翻译lncRNA的组织特异性和对组织发育的调控机制。我们解析了小鼠多个器官（包括心脏、肝脏、肾脏、肺、大脑和视网膜）在不同发育阶段（包括胚胎期E15.5天和成体期P42天）的转录谱和翻译谱，首次报道了小鼠组织和发育阶段特异性的RNA翻译现象。我们一共鉴定到了2023个非经典微小开放阅读框(smORFs)，其中92%的smORFs来自于1034个lncRNAs。此外，我们还研究了其他类别的细胞周期调控因子（核糖体蛋白）对细胞周期的调控机制。我们还开发了一系列核糖体谱组学数据在线分析和检索工具，包括：Ribo-Seq在线分析工具RiboChat、全基因组mRNA翻译信息检索数据库RPFdb2、和circRNA翻译检索综合数据库。本项目研究成果对理解包括lncRNA在内的不同种类RNA分子的翻译及其调控对细胞周期、组织发育和组织特异性等一系列重要生物学过程的关键调控作用具有一定科学意义。