长链非编码RNA在蛋白-核酸互作研究中的应用

在前面的《来自基因组暗物质的lncRNA、ciRNA和miRNA》一文中我们已经提到：长链非编码RNA(Long non-coding RNA, lncRNA)是长度大于 200 个核苷酸的非编码 RNA，已经发现lncRNA与发育、癌症、疼痛和炎症有关。lncRNA在发育和基因表达中发挥的复杂精确的调控功能极大地解释了基因组复杂性之难题，同时也为人们从基因表达调控网络的维度来认识生命体的复杂性开启了新天地。最近研究人员发现lncRNA在蛋白-核酸互作研究中也有广泛的应用前景。

做了蛋白质组学，是不是经常有大量的差异表达蛋白无从下手的情况？让lncRNA研究来帮忙：

RBP蛋白就是RNA Binding protein，LncRNA和蛋白片段相互结合，好不好做机制研究呢？小概率事件还是广泛存在于每个蛋白或者每个lncRNA上，这是一个值得去探索的问题，事实上蛋白和lncRNA互作要比咱们想象得广泛许多。比较经典的发现RBP蛋白的技术有iCLIP,PAR-CLIP 以及eCLIP。

我们所知道某lncRNA已被验证过的分子机制，往往只是其机制之1，另外的2、3、4、5、6的机制有待挖掘，例如HOTAIR在不同细胞中发挥着组蛋白甲基化调控、DNA启动子区甲基化、蛋白质泛素化抑制等作用。据实验技术检测以及结构序列预测，多达2800个lncRNA和12000个蛋白有互作，这种互作非常广泛。那么lncRNA和蛋白质互作都有何种作用呢？

①lncRNA对蛋白质进行表观遗传修饰，例如乙酰化、泛素化、磷酸化等；

②蛋白质影响lncRNA的降解速度；

③蛋白质介导了lncRNA的胞内定位；

④lncRNA介导了蛋白质的核内定位；

⑤lncRNA影响蛋白质的三维结构；

CLIP-seq：鉴定与特定RNA结合蛋白相互作用的RNA 分子

CLIP-seq也被称为HITS-CLIP，是将紫外交联免疫共沉淀技术(CLIP)与高通量测序技术相结合的技术。

大概流程为：首先通过紫外照射将细胞内的RNA分子与RNA结合蛋白进行耦联；细胞裂解，免疫共沉淀，核酸酶(RNase)将共沉淀的RNA切割，只保留蛋白质内部的RNA片段；通过5'末端放射性标记RNA分子及SDS-PAGE电泳，选择性地回收目的蛋白结合的RNA片段；最后高通量测序。其可以衍生了许多变异的CLIP-seq方法，例如增强了交联强度的PAR-CLIP和能够精确鉴定RNA分子中蛋白质结合位点的iCLIP等。

最新SCI文章介绍

期刊：The Journal of Clinical Investigation

影响因子：13分

时间：2017-11-20

文章讲解：lncRNA在乳腺癌脑转移（BCBM）中差异表达分析→lncRNA和乳腺癌脑转移（BCBM）预后相关→动物模型中lnc-BM的上调表达促进了乳腺癌细胞的脑部转移→分子机制研究发现信号通路JAK/STAT3通路被激活→具体是lnc-BM结合了JAK2→介导了STAT3的磷酸化过程→表达CCL2，肿瘤微环境，招募了巨噬细胞促进脑转移

除RIP以外，CLIP（UV crosslinking and immunoprecipitation）也可以帮助人们捕捉与RNA结合蛋白互作的核酸。CLIP方案整合了交联与核酸酶消化，不仅允许对RNA-蛋白复合物进行进一步的纯化（如凝胶电泳片段分离），还能够揭示RNA-蛋白互作所发生的位点。最近人们又开发出了新型CLIP 技术——iCLIP（individual-nucleotide resolution CLIP），该技术能够以单个碱基的分辨率，来展示RNA-蛋白互作的详细信息。

据伦敦大学学院的Jernej Ule教授介绍，CLIP与RIP的关键性差异，在于沉淀复合物后的凝胶纯化步骤。CLIP技术可以给RNA-蛋白复合物的RNA末端带上放射性标记，并将这些复合物进行SDS-PAGE分离，之后转移到一张膜上。这样的过程可以提高纯化的特异性，减少非特异性的RNA。蛋白酶消化可以将RNA从膜上解离下来，用于制备cDNA文库，以备测序分析。

“CLIP要比RIP麻烦一些，不过我认为它很值得采用，”Ule说。“放射性信号的量及其特异性，能够帮助我们提高cDNA文库的质量，最终得到准确实用的数据。”

ChIRP、CHART和RAP如果你对某种RNA感兴趣，希望研究与其发生相互作用的蛋白，就需要采用新的实验方案。ChIRP（chromatin isolation by RNA purification）、CHART（capture hybridization analysis of RNA targets）和RAP（RNA antisense purification）都基于同样的理念，将与目标RNA互补的寡核苷酸进行生物素标记，并由此捕获相关蛋白。之后研究者可以通过二代测序或质谱分析，来鉴定与RNA互作的蛋白，明确发生这些互作的基因组区域。

据NEB的G. Brett Robb介绍，上述三种方法解决了当今RNA生物学中的关键需求。目前，研究者们已经鉴定了大量的lncRNA，但却不清楚它们的功能。解决这一问题的途径之一，就是寻找与这些RNA发生互作的蛋白。”举例来说，加州理工学院的Mitchell Guttman和宾州大学的Jeannie Lee，就分别在使用RAP和CHART对Xist lncRNA展开研究。

据悉，目前ChIRP、CHART和RAP技术都还没有商业化。不过有一个试剂盒可以实现从已知RNA分离蛋白，即MBL International的RiboTrap系统，该系统能够利用体外转录的RNA（带生物素标记），从细胞提取物中分离与之结合的蛋白，让互作变的清晰可见。在体外确定了自己感兴趣的RNA-蛋白互作之后，我们可以通过体内实验进行验证。这时，Sigma公司的DuoLink® proximity-ligation assay就派上了用场。

Sigma公司的Aaron Sin介绍道，DuoLink系列原本用于研究蛋白质之间的相互作用。这一系统包括两种标记了寡核苷酸的抗体，这些抗体分别针对发生互作的两个目标蛋白。如果这两个抗体相距50nm以内，即表示两个目标蛋白发生了相互作用。在这种情况下，抗体上标记的寡核苷酸就能够相互作用。在滚环扩增之后，人们可以通过荧光探针杂交，检测到上述事件，在原位观察到明亮的荧光点。

最近，Georgia理工学院和Emory大学的研究人员将这一方法加以改进，使其能够用于蛋白与RNA互作的检测。该研究团队开发的这一新技术称为FMTRIPs（Cy3B-labelled flag-tagged, multiply labeled tetravalent RNA imaging probes），这种探针包括一个带多肽标签的亲和素分子，其上结合有四个荧光标记的序列特异性寡核苷酸探针。在RNA与蛋白结合的地方，上述探针能够产生明亮且可定量的荧光信号。据Sin介绍，DuoLink技术能够帮助研究者们确定互作发生的位置，以及互作发生的条件，并且还能检验互作对干扰因素的敏感程度。