非編碼RNA在牛骨骼肌發育中的研究進展

宋成創， 岳炳霖， 楊兆鑫， 王 健， 陳 宏

(西北農林科技大學動物科技學院，陜西 楊凌 712100)

非編碼RNA種類繁多，主要包括轉運RNA(tRNA)、核糖體RNA(rRNA)以及具有調控功能的微小RNA(microRNA)、長鏈非編碼RNA(long noncoding RNA，lncRNA)和環狀RNA(circRNA)等。隨著基因測序技術的飛速發展，先前被稱為轉錄噪音的“暗物質”非編碼RNA受到人們越來越多的關注，逐漸成為科學研究的熱點，有關此方面的研究成果也越來越多。研究表明，非編碼RNA在動物機體生長發育、疾病以及癌癥中都有其相關報道。

骨骼肌發育是一個精細復雜的多級分化過程。肌細胞經歷增殖、分化，融合成多核的肌管，最終形成成熟的肌纖維[1]。然而，此過程主要受到生肌調控因子(myogenic regulatory factors，MRFs)家族成員(MyoD、Myogenin、MRF4和MRF5)、肌細胞促進因子(myocyte enhancer factor-2，Mef2)家族成員(主要包括A、B、C、D 4個成員)的影響[2]。此外，骨骼肌形成同樣受到許多非編碼RNA的調控，主要有microRNAs、lncRNAs和circRNA。本文主要針對3種非編碼RNA在家養動物牛骨骼肌發育過程中的作用展開討論。

1 微小RNA(microRNAs，miRNAs)

miRNAs是一類約由18～25個核苷酸組成，不具備編碼潛能的單鏈小RNA。一般將其第2～8位堿基的堿基序列稱為其種子序列(seed sequence)，與其靶基因mRNA的3’端非編碼區域(UTR)進行完全或不完全配對結合，影響mRNA的穩定性或抑制蛋白翻譯過程[3]。在不同的物種間miRNAs序列高度保守，依托其作用機制，參與許多生物學過程。其中有關miRNAs參與牛骨骼肌發育的研究已有大量報道，比如miR-1、miR-206等。有關miRNAs參與調控牛骨骼肌發育的作用及其作用的靶基因詳見表1。

表1 參與調控牛骨骼肌發育的miRNAs

2 長鏈非編碼RNA(long noncoding RNAs，lncRNAs)

lncRNAs定義為一類長度大于200個核苷酸，不具備翻譯成蛋白質非編碼RNA，但最近研究者發現它也可以編碼一些具有調控功能的小肽。根據其所在染色體上的位置又分為基因間lncRNA(long intergenic noncoding RNAs，lincRNA)、內含子lncRNA以及反義非編碼RNA(antisense RNA)等[11]。在多層面上調控基因的表達水平，涉及到表觀遺傳調控，轉錄調控以及轉錄后調控等。lncRNAs的作用形式更是復雜多樣，主要由以下幾種：(1)信號分子(signal)，作為信號傳導分子參與信號通路的傳導；(2)分子誘餌(decoy)，作為分子阻斷劑，阻礙結合蛋白的作用和信號通路；(3)引導分子(guide)，與蛋白分子結合后，將蛋白質復合物定位到特定的DNA序列上；(4)支架分子(scaffold)，作為一個“中心平臺”實現不同信號通路之間的信息交匯和整合[12]。近10年來，有關lncRNA的研究進展突飛猛進，其參與的生物學過程復雜多樣，與正常的生長發育過程以及包括癌癥發生在內的許多疾病密切相關。目前在牛的骨骼肌發育過程中，有關lncRNAs的功能研究已有相關報道。2015年Sun等通過轉錄組測序發現鑒定lncMD可以作為分子海綿，通過吸附miR-125b解除其對下游靶基因胰島素樣生長因子2(insulin-like growth factor 2，IGF2)的抑制作用，從而促進牛骨骼肌細胞的分化[13]。2017年Jin等研究發現lnc133b可以通過與miR-133b作用，以一種競爭性內源性RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)的作用機制正調控IGF1R的表達水平，促進牛肌衛星細胞增殖，抑制其分化[14]。另外，Xu等研究發現,lncRNA H19通過抑制Sirt1/FoxO1的表達促進牛骨骼肌衛星細胞的分化[15]。最近，Li等發現lncRNA MDNCR(muscle differentiation-associated lncRNA，MDNCR)可以作為分子海綿吸附miR-133a促進牛成肌細胞的分化[16]。由此可見，lncRNA在牛骨骼肌發育過程中扮演著重要的角色。

3 環狀RNA(circRNA)

circRNA是一類較為特殊的非編碼RNA，不具有5’末端帽子和3’末端poly(A)尾，呈現一個封閉的環狀結構，不同于一般線性RNA，不受RNA外切酶RNase R的影響，穩定性更強不易降解[17]。大部分circRNA由外顯子剪切而來，少部分來源于內含子區域。功能上而言，circRNA主要通過“分子海綿”機制吸附miRNAs，從而抑制miRNAs的調控作用，進而增強靶基因的表達水平。少數circRNA具有編碼蛋白質的功能，但大多數circRNA是非編碼RNA。近幾年，成為科學研究領域一個新的研究熱點。研究發現circRNA參與調控多種生物學過程，涉及到生長發育、疾病等領域。目前有關circRNA調控牛骨骼肌發育的研究也見零星報道。Li等研究發現,circRNA CircFUT10和circFGFR4分別能夠通過吸附miR-133a和miR-107調控牛骨骼肌細胞的增殖和分化過程[18-19]。Wei等發現circLMO7可以通過吸附miR-378a-3p調控牛骨骼肌細胞的分化和凋亡過程[20]。綜上可見circRNA在牛骨骼肌發育過程中具有重要調控作用。

4 展 望

研究表明，非編碼RNA(miRNAs、lncRNA和circRNA)在牛骨骼肌發育過程中具有重要的調控作用,這將為牛遺傳育種工作提供新的思路和視野，尤其是在肉產量和肉質改良方面具有重大指導意義。然而，這些研究仍停留在基礎研究層面，怎樣才能轉化為可行的生產力，具有一定的局限性，仍需我們繼續努力挖掘有用的遺傳信息。