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非編碼 RNA(ncRNA), 如小分子 RNA 和基因間長(zhǎng)鏈非編碼 RNA 在調(diào)控多能性方面發(fā)揮著重要的作用. 然而, 天然反義轉(zhuǎn)錄物(NAT)在胚胎干細(xì)胞中的作用并不清楚。近期來(lái)自南開(kāi)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 天津醫(yī)學(xué)表觀遺傳學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心等處的研究人員通過(guò)數(shù)字基因表達(dá)譜發(fā)現(xiàn)在小鼠胚胎干細(xì)胞中存在廣泛的 NAT 表達(dá), 隨后證實(shí)了Oct4, Nanog和Sox2這3個(gè)關(guān)鍵的多能性基因存在NAT的表達(dá). 并且, 過(guò)表達(dá)Sox2的NAT可以在蛋白水平上降低 Sox2 的表達(dá), 同時(shí)在轉(zhuǎn)錄水平上對(duì) Sox2 有輕微的上調(diào)作用. 這項(xiàng)研究數(shù)據(jù)表明, NAT和其他的 ncRNA一樣, 參與了多能性的維持。 天然反義轉(zhuǎn)錄物(natural antisense transcript, NAT)屬于 lncRNA 家族, 它們與對(duì)應(yīng)的正義 RNA 分別以 DNA 的不同單鏈為模板進(jìn)行轉(zhuǎn)錄, 而且和正義轉(zhuǎn)錄物有一定的重疊. NAT首先在細(xì)菌中發(fā)現(xiàn), 隨后在真核生物中也證實(shí)了 NAT 的存在. 隨著基因組技術(shù)的不斷發(fā)展, 研究表明, NAT 在多個(gè)物種的基因組范圍內(nèi)廣泛存在, 包括小鼠(Mus musculus)和人類[13~15]. 但是, NAT 的豐度較低, 通常少于其正義轉(zhuǎn)錄物的 1/10. NAT 以多種機(jī)制發(fā)揮著功能, 例如 DNA 復(fù)制干擾、染色體重塑、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、RNA掩蔽、雙鏈 RNA 介導(dǎo)的 sirna 干擾以及翻譯干擾等方面. 胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cell, ESC)是將囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)體外培養(yǎng)而得到的一種細(xì)胞. ESC能夠不斷地進(jìn)行自我更新, 并且具有分化成為機(jī)體所有類型細(xì)胞的潛能. 因此, ESC 在發(fā)育生物學(xué)研究、藥物發(fā)現(xiàn)以及細(xì)胞移植治療等方面有著巨大的應(yīng)用價(jià)值. 3 個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子—Nanog, Oct4 和 Sox2, 形成了一個(gè)核心的調(diào)控環(huán)路, 以維持 ESC 的多能性. ncRNA 在多能性維持以及重編程過(guò)程中同樣發(fā)揮著重要的作用. Dicer 敲除的 ESC 無(wú)法產(chǎn)生siRNA 和 miRNA, 從而降低了細(xì)胞的增殖和分化能力. 同樣, 缺少 DGCR8—miRNA 合成過(guò)程中必需的一個(gè) RNA結(jié)合蛋白, 導(dǎo)致 ESC在分化過(guò)程中不能完全下調(diào)多能性基因, 依舊保持 ESC 的克隆狀態(tài). 研究表明, 很多基因間長(zhǎng)鏈非編碼 RNA(large intergenic non-coding RNA, lincRNA)對(duì)于 ESC 特異基因的表達(dá)是必需的. 同時(shí), lincRNA和miRNA能夠促進(jìn)重編程過(guò)程. 此外, 在沒(méi)有外源重編程因子的條件下, 只用 miRNA 同樣可以將體細(xì)胞重編程到多能性的狀態(tài). 由此可見(jiàn)ncRNA 在多能性細(xì)胞中有著重要的作用. NAT 在人和小鼠的 ESC 也有表達(dá). 但是, 因?yàn)閷?shí)驗(yàn)方法和研究關(guān)注點(diǎn)的不同, 尚未對(duì) ESC 的NAT 進(jìn)行全基因組水平的分析. 為此，在這項(xiàng)研究中，研究人員首先利用數(shù)字基因表達(dá)譜(digital gene expression tag profiling, DGE)的方法證明了在小鼠 ESC 中, NAT 在基因組范圍內(nèi)廣泛表達(dá). 隨后, 通過(guò)單鏈特異引物反轉(zhuǎn)錄PCR(strand-specific reverse transcription-PCR)的方法, 證實(shí)了 3 個(gè)多能性關(guān)鍵基因 Nanog, Oct4 和 Sox2 的NAT 表達(dá), 并通過(guò) cDNA 末端快速克隆(rapid amplification of cDNA end, RACE)的方法確定了這些NAT 的末端. 此外，這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn), Sox2-NAT 能夠在轉(zhuǎn)錄后水平上抑制Sox2蛋白的表達(dá), 而Oct4-NAT對(duì)Oct4的作用并不明顯. 總的來(lái)說(shuō)，這一研究結(jié)果表明, NAT 在小鼠 ESC 中廣泛存在, 并且通過(guò)調(diào)控多能性基因的表達(dá)來(lái)參與 ESC 多能性的維持.
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