miniaturadaimagem|348x348px| Diferentes tipos de RNAs longos não codificantes. RNAs longos não codificantes (long noncoding RNAs, lncRNA ) são um tipo de RNA, geralmente definido como transcritos com mais de 200 nucleotídeos que não são traduzidos em proteínas. Este limite arbitrário distingue lncRNAs de pequenos RNAs não codificantes, como microRNAs (miRNAs), pequenos RNAs interferentes (siRNAs), RNAs que interagem com Piwi (piRNAs), pequenos RNAs nucleolares (snoRNAs) e outros RNAs curtos. Os RNAs longos não codificadores intergênicos/interventores (lincRNAs) são sequências de lncRNA que não se sobrepõem aos genes codificadores de proteínas.
A classe dos RNAs não codificantes longos inclui lincRNAs intergênicos, ncRNAs intrônicos e lncRNAs de sentido e anti-sentido, cada tipo mostrando diferentes posições genômicas em relação a genes e exons .
Abundância Em 2007, um estudo descobriu que apenas um quinto da transcrição no genoma humano está associado a genes codificadores de proteínas, indicando pelo menos quatro vezes mais sequências não codificantes longas do que sequências de RNA codificantes. Projetos de sequenciamento de. DNA complementar (cDNA) em larga escala , como o FANTOM, revelam a complexidade dessa transcrição. O projeto FANTOM3 identificou cerca de 35.000 transcrições não codificantes que carregam muitas assinaturas de RNAs mensageiros, incluindo capeamento 5 ', splicing e poliadenilação, mas têm pouca ou nenhuma estrutura de leitura aberta (ORF). Este número representa uma estimativa conservadora inferior, uma vez que omitiu muitos transcritos singleton e transcritos não poliadenilados (os dados de tilling arrays mostram que mais de 40% dos transcritos são não poliadenilados). Identificar ncRNAs dentro dessas bibliotecas de cDNA é um desafio, uma vez que pode ser difícil distinguir transcritos codificadores de proteínas de transcritos não codificantes. Foi sugerido por meio de vários estudos que os testículos e os tecidos neurais expressam a maior quantidade de RNAs não codificantes longos de qualquer tipo de tecido. Usando FANTOM5, 27.919 ncRNAs longos foram identificados em várias amostras humanas.
Quantitativamente, os lncRNAs demonstram abundância de expressão ~ 10 vezes menor do que os mRNAs, que é explicado pela maior variação célula a célula dos níveis de expressão dos genes lncRNA nas células individuais, quando comparados aos genes que codificam proteínas. Em geral, a maioria (~ 78%) dos lncRNAs são caracterizados como específicos para tecidos, em oposição a apenas ~ 19% dos mRNAs. Além de maior especificidade de tecido, lncRNAs são caracterizados por maior especificidade de estágio de desenvolvimento e especificidade de subtipo celular em tecidos como o neocórtex humano. Em 2018, uma integração abrangente de lncRNAs de bancos de dados existentes, literatura publicada e novos conjuntos de RNA com base na análise de dados de RNA-seq, revelou que há 270.044 transcritos de lncRNA em humanos.
Em comparação com mamíferos, relativamente poucos estudos enfocaram a prevalência de lncRNAs em plantas. No entanto, um extenso estudo considerando 37 espécies de plantas superiores e seis algas identificou ~ 200.000 transcrições não codificantes usando uma abordagem in-silico que também estabeleceu o Green Non-Coding Database (GreeNC) associado, um repositório de lncRNAs de plantas.
Organização genômica Em 2005, a paisagem do genoma dos mamíferos foi descrita como numerosos focos de transcrição (foci) separados por longos trechos de espaço intergênico. Enquanto alguns ncRNAs longos estão localizados dentro dos trechos intergênicos, a maioria são transcritos senso e anti-senso sobrepostos que frequentemente incluem genes codificadores de proteínas, dando origem a uma hierarquia complexa de isoformas sobrepostas. As sequências genômicas dentro desses focos transcricionais são frequentemente compartilhadas dentro de uma série de transcritos codificadores e não codificantes nas direções sense e antisense Por exemplo, 3012 de 8961 cDNAs previamente anotados como sequências de codificação truncadas dentro de FANTOM2 foram posteriormente anotados como variantes verdadeiras não codificantes de cDNAs que codificam proteínas. Embora a abundância e a conservação desses arranjos sugiram que eles têm relevância biológica, a complexidade desses focos impede uma avaliação fácil.
O consórcio GENCODE coletou e analisou um conjunto abrangente de anotações de lncRNA humano e suas organizações genômicas, modificações, localizações celulares e perfis de expressão em tecidos. A análise indica que os lncRNAs humanos apresentam uma tendência para os transcritos de dois exons.
Ferramentas de identificação de RNAs longos não codificantes NameSpeciesWeb ServerRepositoryInput FileMain Model/AlgorithmTraining-setYear PublishedReferenceRNAsambaAllRNAsambaRNAsambaFASTANeural networksYES2020LGCPlant/AnimalLGCFASTA/BED/GTFRelationship between ORF length and GC contentNO2019CPATHuman/Fly/Mouse/ZebrafishCPATCPATFASTA/BEDLogistic RegressionYES2013COMEPlant/Human/Mouse/Fly/WormCOMECOMEGTFBalanced Random ForestYES2017lncRScan-SVMHumanNAFASTA/BED/GTF/GFFSupport Vector MachineYES2015CNCIPlant/AnimalNAFASTA/GTFSupport Vector MachineNO2013PLEKVertebrateNAPLEKFASTASupport Vector MachineNO2014FEELncAllNAFEELncFASTA/GTFRandom ForestYES2017PhyloCSFVertebrate/Fly/Mosquito/Yeast/WormNAFASTAPhylogenetic Codon ModelYES2011PLITPlantNAFASTALASSO/Random ForestYES2018RNAploncPlantNAFASTAREPTreeYES2018PLncPROPlant/AnimalNAFASTARandom ForestYES2017CREMAPlant/AnimalNAFASTAEnsemble approachYES2018slnckyAllNAslnckyFASTA/BEDEvolutionary conservationYES2016
Tradução Há um debate considerável sobre se alguns lncRNAs foram mal anotados e, na verdade, codificam proteínas. Vários lncRNAs, descobriu-se depois, codificam para peptídeos com função biologicamente significativa. Estudos de perfilamento de ribossomos sugeriram que cerca de 40% a 90% dos lncRNAs anotados são traduzidos, embora haja discordância sobre o método correto para analisar os dados de perfilamento de ribossomos. Além disso, acredita-se que muitos dos peptídeos produzidos por lncRNAs podem ser altamente instáveis e sem função biológica.
Conservação Estudos iniciais sobre a conservação de RNAs longos não codificantes observaram que, como uma classe, eles são enriquecidos para elementos de sequência conservados pobres nas taxas de substituição e inserção / deleção e pobres em variantes raras de frequência, indicativo de seleção purificadora mantendo a função biológica. No entanto, investigações adicionais em lncRNAs de vertebrados revelaram que, embora os lncRNAs sejam conservados em sua sequência molecular, eles não são conservados na transcrição. Em outras palavras, mesmo quando a sequência de um lncRNA humano é conservada em relação a outra espécie de vertebrado, muitas vezes não há transcrição de um lncRNA na região genômica ortóloga. Alguns argumentam que essas observações sugerem a não-funcionalidade da maioria dos lncRNAs, enquanto outros argumentam que podem ser indicativos de uma rápida seleção adaptativa específica da espécie.
Embora a rotatividade (turnover) da transcrição do lncRNA seja muito maior do que o inicialmente esperado, é importante notar que, ainda assim, centenas de lncRNAs são conservados no nível da sequência. Houve várias tentativas de delinear diferentes categorias de assinaturas de seleção, incluindo: lncRNAs com conservação de sequência forte em todo o comprimento do gene, lncRNAs em que apenas uma parte do transcrito (por exemplo, extremidade 5 ', locais de splice) é conservado, e lncRNAs que são transcritos de regiões sintênicas do genoma, mas não têm similaridade de sequência reconhecível. Além disso, tem havido tentativas de identificar estruturas secundárias conservadas em lncRNAs, embora esses estudos atualmente tenham dado lugar a resultados conflitantes.
Funções Apesar do acúmulo de evidências de que a maioria dos RNAs longos não codificantes em mamíferos são provavelmente funcionais, apenas uma proporção relativamente pequena demonstrou ser biologicamente relevante. Alguns lncRNAs foram funcionalmente anotados no LncRNAdb (um banco de dados da literatura descrito como lncRNAs), a maioria deles sendo descritos em humanos. As funções de outros lncRNAs com evidências experimentais foram anotados com curadoria comunitária na LncRNAWiki (uma wiki de conteúdo aberto publicamente editável para curadoria comunitária de lncRNAs humanos) em relação aos mecanismos funcionais e associações de doenças, que podem também pode ser acessado no LncBook. De acordo com a curadoria de mecanismos funcionais de lncRNAs com base na literatura, relata-se extensivamente que os lncRNAs estão envolvidos na regulação da transcrição. Um outro estudo de sequenciamento em grande escala fornece evidências de que muitos transcritos considerados lncRNAs podem, de fato, ser traduzidos em proteínas .
Na regulação da transcrição gênica
Na transcrição específica de genes Em eucariotos, a transcrição do RNA é um processo rigidamente regulado. Os RNAs não codificadores atuam sobre diferentes aspectos desse processo, direcionano-se a moduladores transcricionais, RNA polimerase (RNAP) II e até mesmo o duplex de DNA para regular a expressão gênica.
Os NcRNAs modulam a transcrição por vários mecanismos, incluindo o funcionamento de si próprios como co-reguladores, modificando a atividade de fatores de transcrição ou regulando a associação e a atividade dos co-reguladores. Por exemplo, o RNA não codificador Evf-2 funciona como um coativador para o fator de transcrição homeobox Dlx2, que desempenha papéis importantes no desenvolvimento do prosencéfalo e naneurogênese. A proteína Sonic Hedgehog induz a transcrição de Evf-2 a partir de um elemento de ultra-conservado localizado entre as Dlx5 e DLX6 genes durante o desenvolvimento do cérebro anterior. Evf-2 então recruta o fator de transcrição Dlx2 para o mesmo elemento ultraconservado pelo qual Dlx2 subsequentemente induz a expressão de Dlx5. A existência de outros elementos similares ultra ou altamente conservados dentro do genoma de mamíferos que são transcritos e cumprem funções intensificadoras sugere que Evf-2 pode ser ilustrativo de um mecanismo generalizado que regula genes de desenvolvimento com padrões de expressão complexos durante o crescimento de vertebrados. De fato, a transcrição e a expressão de elementos ultraconservados não codificantes semelhantes mostraram ser anormais na leucemia humana e contribuir para a apoptose em células de câncer de cólon, sugerindo seu envolvimento na tumorigênese.
Os ncRNAs locais também podem recrutar programas de transcrição para regular aexpressão de genes codificadores de proteínas adjacentes. Por exemplo, lncRNAs divergentes que são transcritos na direção oposta aos genes codificadores de proteínas próximos (~ 20% do total de lncRNAs em genomas de mamíferos) possivelmente regulam a transcrição de genes reguladores de desenvolvimento essenciais adjacentes próximos em células pluripotentes.
A proteína TLS de ligação ao RNA se liga e inibe a proteína que se liga a CREB e aatividade da histona acetiltransferase p300 no seu alvo, a ciclina D1. O recrutamento de TLS para o promotor da ciclina D1 é dirigido por RNAs longos não codificantesexpressos em níveis baixos e amarrados às regiões reguladoras 5' em resposta a sinais de danos ao DNA. Além disso, esses ncRNAs locais atuam cooperativamente como ligantes para modular as atividades de TLS. Em um sentido amplo, esse mecanismo permite que a célula aproveite proteínas de ligação a RNA para regular programas de transcrição. Certos ncRNAs longos nascentes aumentam a atividade da proteína de ligação ao CREB, que por sua vez aumenta a transcrição desse ncRNA. Um estudo descobriu que um lncRNA na direção antisenso da apolipoproteína A1 (APOA1) regula a transcrição de APOA1 por meio de modificações epigenéticas.