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编译：不二，编辑：夏甘草、江舜尧。 原创微文，欢迎转发转载。 导读长非编码RNA（lncRNA）是一类重要的基因，参与多种生物学功能。研究人员讨论了lncRNA作为信号、诱饵、引导和支架的典型分子功能。对于每一个分子功能，不同生物学背景的例子描述了分子机制，这些机制观点为生物学结果提供了有用的解释和预测。这些lncRNA功能可能是研究lncRNA如何获得作为生物信号转导物的特性并暗示其可能的进化起源的有用框架。随着新的lncRNA的快速发现，lncRNA的分子机制可能会更加丰富和多样化。原名：Molecular Mechanisms of Long Noncoding RNAs 译名：长非编码RNA的分子机制 期刊：Molecular Cell IF：15.584 发表时间：2011.09.16 通讯作者：Howard Y. Chang 通讯作者单位：美国斯坦福大学医学院 DOI号：10.1016/j.molcel.2011.08.018 
大多数lncRNA由RNA聚合酶II转录。LncRNA表现出细胞类型特异性的表达，并对不同的刺激做出反应，表明它们的表达受到转录调控。因此，lncRNA可以作为分子信号，因为单个lncRNA的转录发生在特定的时间和地点，整合发育、解释细胞环境或对不同的刺激作出反应。这个功能中的一些lncRNA具有调节作用，而另一些则仅仅是转录的副产物。在这两种情况下，研究人员推断染色质状态的调节元件仅仅是通过其相关的lncRNA的表达。此外，RNA作为媒介的优势表明，无需蛋白质翻译，潜在的调节功能可以迅速执行。以下几个例子说明了lncRNA作为标记空间、时间、发育阶段和基因调控表达的信号。具体地说，这个功能中的lncRNA可以作为功能上重要的生物事件的标记。等位基因特异性：KCNQ1ot1、Air和Xist基因印记是一种表观遗传调控机制，可以解释等位基因特异性。哺乳动物是携带每个常染色体基因的两个等位基因的二倍体生物，一个遗传自母亲，一个遗传自父亲。在大多数情况下，两个亲本等位基因均等表达，而一部分基因显示印记效应，其表达受到母本或父本等位基因表观遗传机制的限制。最新的证据表明，lncRNA如Kcnq1ot1和Air分别位于Kcnq1和Igf2r印记基因簇，通过与染色质相互作用和招募染色质修饰机制介导多个基因的转录沉默。例如，在小鼠胎盘中，lncRNA如Air和Kcnq1ot1积聚在沉默等位基因的启动子的染色质处，并以等位基因特异性的方式介导抑制性组蛋白修饰。Kcnq1ot1是一个90 kb的lncRNA，由父本等位基因表达，介导印记Kcnq1域中的一组基因沉默。Kcnq1ot1与组蛋白甲基转移酶G9a和PRC2相互作用，其转录位点通过招募多个复合物在顺式结构中形成一个抑制结构域。RNA本身在Kcnq1结构域中基因的双向沉默中起着关键作用，类似于Xist RNA的作用机制。类似地，ncRNA Air只在父本等位基因中印记和表达，其转录需要以组织和等位基因特异性的方式抑制父本染色体上的几个印记基因。在胎盘中，与Kcnq1ot1的染色质修饰招募活性类似，Air转录于小鼠Igf2r基因的第二内含子中启动，并将G9a招募到其目标启动子中实现基因沉默。然而，在胚胎组织中，Air通过一种不同的机制发挥作用，Air自身的转录在沉默重叠基因中起着关键作用。X染色体失活（XCI）是一个重要的过程，它通过使雌性细胞中的一个X染色体失活来平衡哺乳动物雄性和雌性之间的基因表达。Xist是一个著名的lncRNA，在XCI中起着至关重要的作用。在雌性发育过程中，Xist RNA从不活跃的X染色体上表达，并包裹X染色体，导致染色体范围内基因表达的抑制。另一个称为Tsix的重叠反义lncRNA抑制顺式元件中的Xist表达，而lncRNA-Jpx在XCI期间表达累积，激活非活性X染色体上的Xist。在所有三个例子中，转录的lncRNA的存在表明它们各自的基因组位置上有活跃的沉默作用。另一个时间和空间紧密关系的例子是哺乳动物Hox基因座的两个ncRNA。在哺乳动物中，同源异型盒转录因子（HOX）拥有四个染色体基因簇，并以体节的方式表达，即基因簇内基因位置与身体前后解剖轴的空间位置相对应。大量的lncRNA被发现转录于人类HOX基因簇中，它们以时间和空间特异的方式表达。lncRNA也被发现与HOX基因座的整体空间表达模式相对应，表明它们可能使用与HOX基因相同的增强子：例如，HOTAIR，一个HOXC基因座的lncRNA，在远端和后端位置相同的细胞中表达；以及Frigidair，另一个HOXC基因座的lncRNA，具有前端的表达模式。相反，HOTTIP，另一个在人HOXA簇远端发现的lncRNA，也在远端细胞中表达。除了作为空间位置的信号外，这两种lncRNA还具有额外的生物学功能。DNA损伤的诱导：LincRNA-p21和PANDALncRNA不仅在发育过程中，而且在组织应激时也能被发现。研究人员发现lncRNA在p53转录反应中起着关键的调节作用。作为DNA损伤的直接靶点之一，位于CDKN1A基因上游的lncRNA称为lincRNA-p21，在典型的p53通路中起转录抑制作用，并在触发细胞凋亡中起作用。p53通过直接诱导lincRNA-p21的表达来调节lincRNA-p21的表达，而基因间lincRNA-p21的减少增加了大量p53抑制转录本的表达。此外，lincRNA-p21通过与异质性核糖核蛋白K（hnRNP-K）的定位结合来抑制p53调节基因。在哺乳动物CDKN1A基因启动子中再次发现了基因活性对外界刺激的另一个调节的例子，在DNA损伤时，几个lncRNA转录。其中一个名为PANDA的lncRNA也以p53依赖的方式诱导。在缺乏p53基因的情况下，PANDA不能被DNA损伤激活。在DNA损伤后，p53直接与CDKN1A位点结合并激活PANDA；PANDA随后与转录因子NF-YA相互作用，限制促凋亡基因的表达，使细胞周期停滞，表明lncRNA在细胞生长控制中可能发挥广泛的作用。这些结果揭示了典型转录反应的见解，并提出了lncRNA可能作为多种转录途径中的关键调控节点的可能性，作为一种信号来跟踪启动子对刺激的反应的转录活性。多能性相关的lincRNA最初是在小鼠胚胎干细胞（ESC）中发现，但一直缺乏支持其直接功能相关性的证据。研究人员表明体细胞重编程诱导多能干细胞（iPSC）伴随着lincRNA的丰富表达。其中一个重编程诱导的lincRNA，名为lincRNA-RoR，通过三个因子在其启动子区域附近的共定位，被证明是关键的多潜能因子Oct4、Sox2和Nanog的直接靶向因子。RoR在Oct4缺失时下调，在iPSC分化过程中也下调，这意味着特定的lincRNA由关键的多潜能因子共同调控。 在植物中也发现了lncRNA的组合转录调控现象。从营养发育到生殖发育的转变是一个高度调节的过程，在许多植物物种中，对环境非常敏感，这些线索提供季节信息，在一年中的最佳时期开始开花。一个环境因素是冬天的寒冷。春季化是一种环境诱导的表观遗传转换，在这种转换中，长时间暴露在冬季寒冷的环境中会触发花抑制因子的表观遗传沉默，并为春季开花提供能力。在拟南芥植物中，冬季寒冷会导致花抑制因子开花位点C（FLC）染色质上三甲基化组蛋白H3K27的富集，并导致FLC的表观遗传稳定抑制。这种表观遗传变化也通过PRC2复合物介导。在这种沉默中，最早的事件之一是大量的反义转录本的大量增加，命名为COOLAIR。COOLAIR启动子是冷诱导的，足以诱导冷依赖性沉默。有趣的是，显然正是对COOLAIR转录本的3’端的处理行为触发了FLC沉默。最近，研究人员表明，一种称为冷辅助内含子非编码RNA（COLDAIR）的长内含子ncRNA是春季化介导的FLC表观遗传抑制所必需的，它通过与PRC2的物理联系和对该位点的招募在FLC处建立稳定的抑制染色质。与转录终止触发沉默的COOLAIR不同，COLDAIR lncRNA直接招募沉默因子。COLDAIR是从其靶基因FLC的内含子中按正义链方向转录的。FLC在第一个内含子中含有一个COLDAIR ncRNA的隐性启动子，当FLC被抑制时，这个启动子就会变得活跃。植物中lncRNA与PRC2的相互作用表明ncRNA-PRC2的关系似乎是一种进化保守的基因抑制机制。此外，COOLAIR和COLDAIR似乎是转录活性的信号，具有时空特异性。众所周知，调节蛋白通过结合非编码DNA的延伸来发挥其功能，要么靠近基因启动子处的mRNA转录起始位点，要么位于离基因组更远的增强子处。而增强子则通过帮助启动子招募RNA聚合酶来起作用。最近，一类新的ncRNA增强子或eRNA已被发现，它是由特定增强子的活性依赖性RNA Pol II结合产生的。这些增强子的eRNA表达水平与附近基因的信使RNA合成水平呈正相关，表明eRNA的合成特别发生在积极促进mRNA合成的增强子上。这些发现表明增强子在调节基因表达方面具有更活跃的“类启动子”作用。另一个研究小组从不同的角度探讨同一问题，在不同的人类细胞系中发现了一类新的具有类增强子功能的lncRNA。这些lncRNA的缺失导致其邻近蛋白编码基因的表达减少，包括一些细胞分化的主要调控因子。与经典的增强子一样，lncRNA是无关方向的，需要在其靶基因中有一个最小的启动子来增强它们的转录。虽然确切的分子机制尚未明确，但这组lncRNA说明真核细胞的转录受重叠机制的严格调控。以上两个例子都证明了RNA可以作为活性调控途径的标记物。然而，一个研究团队发现了lncRNA的另一个未预见的功能，揭示了几个对下调Staufen 1（STAU1）介导的信使RNA降解（SMD）的重要lncRNA。SMD调节哺乳动物细胞中不同种类的mRNA，这些细胞在其3’ 非翻译区（3’ UTR）具有STAU1结合位点。研究人员认为，STAU1结合位点是一个顺式元件，SMD靶向3’ UTR内特定的二级结构。有趣的是，一组1/2-sbsRNA的细胞质lncRNA有助于STAU1结合位点的形成。这是基于Alu重复的不完全碱基配对实现，在某些mRNA的3’ UTR和lncRNA之间，通过SMD导致mRNA降解。这类功能的lncRNA可以下调SMD的靶基因，而不同的lncRNA可以下调同一个SMD的靶基因。这些发现揭示了lncRNA在mRNA代谢中的新作用，特别是作为一种时间和空间特异性的蛋白质募集机制来介导mRNA的降解。部分互补的lncRNA/mRNA可以形成Staufen结合位点也可能适用于其他双链RNA结合蛋白（RBP）依赖性途径的调控。因此，lncRNA的信号功能不仅包括下游转录元件的标记，还包括转录本丰度/重复的检测。总之，lncRNA的第一个功能作为转录活性的指标，独立于其他功能，以直接的一对一关系发挥作用。增强子和启动子的转录暗示了lncRNA在调节转录中的中心作用，无论是积极的还是消极的。这种ncRNA调控转录包括多种机制，其中一个主要的机制就是充当分子诱饵。这种lncRNA转录，然后结合一个蛋白质靶点，但不发挥任何额外的功能。RNA充当RBP的“分子库”，RBP本身就是转录因子、染色质修饰因子或其他调节因子。符合这种功能的lncRNA可能通过负调节效应发挥作用。lncRNA的敲除应模拟蛋白功能的获得，lncRNA和效应功能的丧失将挽救表型。同一基因内的可变启动子是基因表达中的普遍现象。它们的选择性调节机制因基因而异，现在才刚刚开始被发现。人类二氢叶酸还原酶（DHFR）基因就是这样一个位点，它具有RNA依赖的转录抑制机制，从DHFR基因上游次级启动子启动的lncRNA通过与启动子序列形成稳定的ncRNA-DNA复合物，以及通过与转录因子IIB（TFIIB）的直接相互作用，抑制起始复合物在主启动子处的组装。当lncRNA通过siRNA敲低被特异性降解时，TFIIB在主要启动子上的占有率仍然很高。这是一个高度动态的过程，它提供了一个特定的机制，可能有助于启动子的靶向和抑制，并强调了基因间ncRNA在调控邻近基因表达中的重要性，它充当了诱饵。端粒位于真核生物染色体物理末端的DNA-蛋白质复合物，对染色体稳定性至关重要，转录为端粒重复序列RNA（TERRA），一种lncRNA，构成端粒异染色质的一个组成部分。TERRA RNA的存在暗示了调控和保护染色体末端的水平， TERRA通过端粒酶RNA模板序列互补的重复序列与端粒酶发生物理作用。此外，TERRA还独立于端粒酶模板RNA接触端粒酶逆转录酶（TERT）蛋白亚基。值得注意的是，端粒异染色质结合的TERRA是结合和分离端粒酶的，在这种情况下，TERRA结合端粒酶在端粒3’ 末端附近，同时抑制其作用。此外，TERRA水平以细胞周期依赖的方式变化，在G1早期积累，在S期持续下降，并在S期和G2期之间的过渡期达到最低表达水平。TERRA在S期下调可能释放端粒酶，使端粒链以细胞周期依赖的方式延长。因此，端粒底物对端粒酶的调节可以通过其转录进行介导；这也是自然RNA配体作为酶活性的直接调节者而不是底物的例子。lncRNA PANDA是一个p53依赖的转录本，似乎也具有诱饵功能。DNA损伤可导致细胞凋亡或细胞周期停滞。PANDA对DNA损伤非常敏感，其表达的诱导早于CDKN1A。PANDA通过直接结合和分离NF-YA（一种在DNA损伤时激活凋亡程序的核转录因子）来抑制凋亡基因的表达，以利于细胞周期的停止。PANDA的缺失显著增加了NF-YA在靶基因上的占有率，而同时敲低NF-YA和PANDA，则显著减弱了凋亡基因和凋亡的诱导。有趣的是，有一部分人类乳腺癌细胞过表达PANDA，而PANDA的缺失可使细胞对化疗药物敏感，这暗示了其可能的临床应用。最近，lncRNA-Gas5是一种新的机制，细胞可以产生相对的糖皮质激素抵抗状态。Gas5通过其茎环结构中形成一个RNA基序来抑制糖皮质激素受体，类似于在糖皮质激素反应基因启动子区发现的激素反应元件的DNA基序。Gas5然后竞争与糖皮质激素受体的DNA结合域结合，充当分子诱饵，并有效地阻止与染色体的相互作用。这可能是调节靶组织中类固醇激素活性的调节机制的一个组成部分。miRNA和剪接因子介导的LncRNA诱饵：假基因、miRNA靶向模拟物和MALAT1miRNA是一类小ncRNA，通过与信使RNA中的不完全互补序列相互作用而成为基因调控中的关键元素。miRNA通过结合编码序列或靶基因转录本的3’ UTR上的互补位点发挥作用。现有证据表明相反的机制也可能起作用，即mRNA的表达可以影响miRNA的分布。最近对肿瘤抑制因子假基因PTENP1的研究提出了一种观点，通过分离miRNA来影响其调节的表达基因，它可能具有作为“诱饵”的生物学功能。具体地说，PTENP1 RNA的3’ UTR被发现与通常以肿瘤抑制基因PTEN为靶点的调节性miRNA序列结合，降低了PTEN mRNA的下调，并使其翻译成肿瘤抑制蛋白PTEN。除了ncRNA的诱饵外，这一发现很好地说明了除了蛋白质编码功能之外，mRNA的另一个可能的调节作用。其他癌症相关基因与其假基因之间可能存在类似的关系。类似地，在拟南芥中，ncRNA IPS1通过近乎完美的序列互补与磷酸饥饿诱导的miR-399结合并分离，因此，减弱miR-399的作用并改变茎部磷酸盐含量。哺乳动物细胞中最丰富的核lncRNA之一是MALAT1（转移相关肺癌转录本1），它位于细胞核斑中。MALAT1结合并分离出一些丝氨酸/精氨酸（SR）剪接因子到核斑。MALAT1的缺失改变了剪接因子的定位和活性，导致了一组未成熟mRNA的选择性剪接模式的改变。在海马神经元中，SR剪接因子的MALAT1调节对突触形成很重要。因此，lncRNA诱饵可以在细胞核亚区以及染色质或细胞质中发挥作用。总之，这些无数的例子说明了lncRNA诱饵可以结合蛋白质和小的调节性RNA，并可能在生命的多个地方中发挥作用。lncRNA的第三个功能是引导RNA结合蛋白质，然后引导核糖核蛋白复合物定位到特定的靶点。从目前的讨论中可以明显看出，lncRNA可以以顺式（在邻近基因上）或反式（远定位基因）的方式来指导基因表达的变化。这些RNA在转录调控中的众多独特的作用决定了染色质结构的某些局部变化。lncRNA如Air和eRNA似乎通过转录调控的主要序列元件（如启动子或增强子）发挥其在顺式元件中的作用。相比之下，对于像HOTAIR和lincRNA-p21这样的lncRNA，长距离的基因调控作用需要额外的相互作用的其他蛋白来定位到它们的作用部位。原则上，lncRNA可以以共转录的方式（通过RNA聚合酶）或作为小的调控RNA的靶点来引导顺式调控作用中的染色质变化；通过lncRNA与靶DNA结合，lncRNA可以作为一个辅助靶点来引导反式调控作用中的染色质变化。lncRNA引起的基因调控包括抑制（如polycomb）和激活（如MLL）复合物以及转录因子（TFIIB）。然而，无论距离或机制如何（顺式或反式），原理都是一样的：通过干预DNA链传递调控信息来控制靶基因的表达，从而导致表观基因组的改变。这种功能中还有很多的复杂性，因为还有几个可能的其他效应因子：激活复合物，如三羟甲基蛋白（TxG）；抑制复合物，如多梳家族蛋白（PcG）；以及通常的转录因子集。此外，效应因子可以定位在顺式和反式。进一步说，一些lncRNA可能是“系链”，在它们的合成位点招募一些染色质修饰蛋白，而其他lncRNA可能作为“引导者”作用于遥远位置的基因，影响染色质状态。研究人员推测与经典的核糖开关相互作用类似，小分子（如离子、酶辅因子和核苷酸类似物）与lncRNA的结合，从而调节RNA染色质/RNA染色质重塑界面。这种lncRNA功能预测的关键如下：lncRNA的敲低将改变/干扰效应因子的正确定位，或可能导致效应因子自身功能的丧失；lncRNA和效应因子的双重敲低可能会导致表型恶化而不是挽救，正如诱饵功能一样。顺式引导：Xist、Air、COLDAIR、rDNA转录本、CCND1和HOTTIP过去几年的研究揭示了RNA在等位基因、顺式限制和位点特异性控制方面的优势。而lncRNA最深入研究和最了解的顺式调控机制是哺乳动物X染色体失活中心（Xic），这是一个基因位点，它引导了许多ncRNA，包括Xist。Xic控制雌性哺乳动物两条X染色体中一条的沉默，以实现两性间的剂量补偿。在另一条X染色体的全染色体基因沉默中，首先发生的变化之一是多梳抑制复合物2（PRC2）的募集；PRC2由RepA RNA带入到顺式元件，RepA RNA是一种源于Xist 5’ 末端的1.6kb ncRNA。Xist启动子上RepA介导的PRC2募集和H3K27三甲基化导致一种“异染色体状态”。Xist的扩散伴随着多梳蛋白的增加以及与之相关的染色质对不活跃的X染色体（Xi）的修饰。最近，hnRNP U蛋白被证明是Xi上Xist RNA积累所必需的。Xist-RNA与hnRNP-U相互作用，hnRNP-U的缺失导致Xist从Xi分离并在核质中扩散定位。因此，XCI是lncRNA招募染色质修饰活性的一个突出例子，并为顺式定位机制提供了一个功能模型。类似的作用机制似乎在其他具有转录抑制活性的lncRNA中发挥作用。lncRNA Air通过ncRNA和启动子处染色质之间特定的相互作用，使其靶基因在父本染色体上的转录沉默；启动子处积聚的Air招募G9a并导致靶向H3K9甲基化和等位基因沉默。而冷诱导植物lncRNA COLDAIR需要建立和维持稳定的抑制染色质。COLDAIR在春季化过程中引导PRC2复合物到FLC的染色质中起着关键作用，通过H3K27的三甲基化抑制基因表达。类似地，在酵母中，许多基因位点的反义链lncRNA通过影响组蛋白乙酰化和甲基化状态来沉默正义链的转录。综上所述，这些发现提示lncRNA可以通过与染色质的特异性相互作用来介导顺式作用中抑制性组蛋白修饰活性的靶向招募，从而在表观遗传学上沉默转录。RNA与互补DNA序列结合的潜力使许多人推测RNA可能在染色质状态的建立和传递中起着重要的指导作用。研究人员已经证明这可能是一个主要的机制，发现pRNA（启动子相关RNA）是核糖体DNA启动子的补充途径，可以在TTF-1的结合部位形成RNA-DNA三联体结构。三联体可以阻止TTF-1的结合，同时招募DNMT3b，一种促进启动子甲基化并导致rRNA基因转录沉默的DNA甲基化酶。这可能代表了一种更普遍的表观遗传调控方法，即三联体形成ncRNA通过启动子特异性靶向染色质修饰酶，并以ncRNA作为引导分子。lncRNA还参与转录共激活和共抑制复合物对基因表达程序的调控，如CREB结合蛋白（CBP）和p300组蛋白乙酰转移酶。已知参与肉瘤和白血病染色体易位的RBP-TLS（脂肪肉瘤中的易位）通过细胞周期蛋白D1启动子处产生的一种结合的lncRNA招募到染色质中。lncRNA与TLS的结合反过来又诱导TLS的构象变化，使其氨基端能够抑制组蛋白乙酰转移酶p300和CBP的活性，从而抑制基因表达。最近从人类HoxA基因簇中鉴定出HOTTIP lncRNA，通过染色体环将lncRNA传递到其作用位点的中心作用，为lncRNA的顺式调控增加了一个额外的途径。作为传递高阶染色体环向染色质修饰信息的关键中间体，lncRNA可以组织染色质域来协调基因的长距离激活。值得注意的是，全基因组染色体构象捕获（3C）技术的应用最近揭示了PcG蛋白靶位点之间的巨大物理相互作用网络。理论上，染色体构象可以提供一种机制，lncRNA可以调节多个相邻基因座的转录活性，这一现象被称为基因座调控，例如HOX基因簇。反式引导：HOTAIR、LincRNA-p21、Jpx和其他与PRC2相关的RNA与顺式调节lncRNA组相反，有几个lncRNA的例子，它们在反式染色体上发挥转录作用。最近研究显示Hox lncRNA HOTAIR的表达与癌症转移相关。在原发性和转移性乳腺癌中观察到HOTAIR的表达升高。此外，癌细胞中HOTAIR的消耗导致表达高水平多梳蛋白（PRC2）的细胞的侵袭性降低。这些发现表明，ncRNA介导的靶向多梳复合物是乳腺肿瘤发生中的关键事件。具体而言，暗示lncRNA如HOTAIR能够通过其靶向染色质修饰复合物占据/定位/反式酶活性来改变和调节细胞中的表观遗传状态。为了支持这一想法，在各种细胞类型中表达的多种lncRNA，结合PRC2，并且siRNA介导lncRNA的敲低导致PRC2抑制的基因的富集，类似于部分PRC2敲低表型。Jpx是激活非活性X染色体上Xist RNA的重要lncRNA，在XCI期间受到发育调控和积累。Jpx的缺失会阻碍XCI，而Jpx的转录后敲低会重复敲除表型。此外，反式作用提供的Jpx可以挽救Jpx基因敲除。Jpx反式激活Xist RNA的机制尚不清楚，但可能涉及将多梳复合物加载到Xist启动子上以产生Xist反式激活的允许状态。lincRNA-p21能够在基因组中的多个位点发挥其对染色质结构和基因表达的影响。lincRNA-p21的异位表达可以绕过上游调节因子p53而诱导基因表达改变和细胞凋亡。与lincRNA-p21相关的抑制性复合物如何识别靶向基因座以及该复合物如何沉默转录仍有待确定。lncRNA可以作为组装相关分子组分的中心平台；在许多不同的生物信号传导过程中，精确控制的这一特征对于精确控制分子间相互作用和信号传导事件的特异性和动力学至关重要。传统上，蛋白质被认为是各种支架复合物的主要参与者。然而，最近的证据提出了lncRNA也可能发挥类似作用。lncRNA的第四个功能是支架。这可能是功能最复杂的类别，其中lncRNA具有结合不同效应因子的不同结构域。lncRNA同时结合多个效应因子配体，并将效应因子（其可能具有转录激活或抑制活性）在时间和空间上结合在一起。一旦对这些支架复合物如何组装和调节有了更深入的了解，就有可能设计策略来选择性地利用特定的信号组件来重新定义细胞行为。对这种lncRNA功能预测的关键将包括以下内容：通过拆除lncRNA效应因子支架，lncRNA的敲低将改变/干扰效应分子的正确定位或表征效应因子本身的功能丧失，使得组件不再组装在一起。lncRNA和效应因子的双重敲低将导致表型的恶化而不是如诱饵功能所预期的拯救效果。最后，干扰lncRNA的不同区域应该影响不同的效应因子和功能。端粒酶是几乎所有真核生物中都保守的逆转录酶，通过添加从染色体末端丢失的端粒DNA重复序列，在维持基因组稳定性起着基本作用。端粒酶的蛋白质和RNA亚基以相互依赖的方式折叠并发挥作用，建立端粒重复合成的高保真度。端粒酶催化活性需要两个通用端粒酶亚基的结合：一个完整的RNA亚基，提供重复合成模板的端粒酶RNA（TERC），以及一个催化蛋白亚基TERT，以及几个物种特异性辅助蛋白。除了那些在复合物稳定性中起主要作用的结构外，TERC具有有助于TERT结合和催化活性的结构。改变TERC不同构象状态之间平衡的突变会导致疾病状态，例如先天性角化不全，可能是通过破坏RNA支架结构来破坏端粒调节蛋白的模块结合位点。因此，TERC的主要功能似乎是支架的功能。研究人员设计了功能活跃的微型端粒酶RNA，通过将最小的RNA序列拼接在一起，在芽殖酵母中重新组装端粒酶复合物。该证据表明端粒酶RNA可以作为其蛋白质亚基的松散有序的柔性支架。HOTAIR：PRC2和LSD1，二价染色质的分辨率基于动态表达模式，特定的lncRNA可以在生物发育和疾病期间以空间和时间特异性方式潜在地整合和指导特定靶基因座处的染色质状态的复杂模式。如上所述，lncRNA HOTAIR结合多梳复合物PRC2，使K27上的组蛋白H3甲基化来促进基因抑制；最新的研究成果显示负责PRC2结合的片段是lncRNA 5’ 端的前300nt。此外，发现3’ 端700nt的HOTAIR还与含有LSD1、CoREST和REST的复合物相互作用，使K4上的组蛋白H3去甲基化以拮抗基因活化。这一发现表明，HOTAIR靶向多种染色质修饰复合物，表明HOTAIR在PRC2和LSD1/CoREST/REST复合物之间充当支架和桥梁，同时HOTAIR/PRC2/LSD1复合物可通过多种机制抑制基因表达。事实上，HOTAIR表达可以诱导PRC2和LSD1复合物的相互作用，而HOTAIR的缺失导致两种复合物从靶基因上脱离。值得注意的是，许多额外的lincRNA可以在几种细胞类型中与PRC2和LSD1复合物相互作用。其他lincRNA也很可能含有多个结合位点。KCNQ1ot1可以对PRC2和G9a执行类似的功能，介导H3K27me3和H3K9me3甲基化。INK4a基因座的转录抑制中，可以发现lncRNA和染色质修饰复合物之间的分子相互作用。INK4b/ARF/INK4a肿瘤抑制基因座在正常细胞和癌细胞中的表达受PcG蛋白指导的K27组蛋白H3甲基化控制。源自相同INK4b/ARF/INK4a基因座的反义ncRNA ANRIL对于顺式表达蛋白质编码基因也是重要的。过去几年的研究工作证明ANRIL与PRC1和PRC2复合物之间的直接相互作用。与ANRIL的结合有助于PRC1和PRC2蛋白的功能，并且任一相互作用的破坏影响靶INK4b基因座的转录抑制。因此，类似于HOTAIR，ANRIL代表lncRNA的一种功能，其总是存在于基因座处并向靶基因募集多组染色质修饰复合物用于沉默，用作动态调节转录活性的分子支架。此外，ANRIL可用于进一步研究RNA介导的靶向多梳蛋白的生物学意义。XCI还可能涉及PRC1和PRC2的RNA支架。近年来，研究显示ncRNA在异染色质建立中发挥作用。以特定的染色质标记和染色体中心为特征，外周中心卫星上的异染色质对基因组功能至关重要。研究人员证明在外周中心异染色质外围存在与主要卫星重复序列相对应的长核非编码转录本，并且这些lncRNA正向的主要转录本与小的泛素样修饰剂（SUMO）修饰的异染色质特异性结合蛋白1（HP1）相关。正向RNA与SUMO-HP1复合物在外周中心异染色质上的初始靶点相关联并提供特异性，以进一步HP1定位。因此，lncRNA充当HP1靶点和局部积累的分子支架。几种lncRNA具有多种功能的特征，这些特征组合起来对其最终的生物学功能至关重要。例如，COLDAIR和COOLAIR是根据低温的环境因素转录的-它们的转录是重要生物事件的信号，是长时间冬季过后开花的准备。然后通过COLDAIR结合PRC2实现花抑制因子的表观遗传抑制，lncRNA作为引导影响FLC基因座沉默以实现春季化的生物学效应。lncRNA HOTTIP是“信号加引导”组合功能的另一个例子，它与其他远端HOXA基因一起以时间和空间方式转录，通过结合并靶向trithorax蛋白复合物来传递位置特性和功能。HOTAIR的例子说明了另一种组合功能。像HOTTIP一样，HOTAIR在后端和远端细胞中转录，作为解剖学特异性的信号。通过与PRC2和LSD1复合物结合，HOTAIR作为模块化的支架，并通过靶向PRC2指引到适当的基因组位置。因此，最终通过功能性多样的lncRNA实现位置特性和介导适当基因表达的染色质修饰。分析四种lncRNA功能的新兴主题将是逐步复杂的过程。当从进化的角度考虑每个功能时，这是一个非常简单的增量修改过程。简单的信号lncRNA功能，例如eRNA，仅需要转录调节性DNA元件。如果由于形成DNA对应的RNA基序（如Gas5的情况）而产生的lncRNA也结合蛋白质，则lncRNA发展成分子诱饵。如果lncRNA又获得将结合的效应因子以顺式或反式靶向特定DNA序列的能力，则它转变为引导。发生核酸复制、融合和重组事件，lncRNA获得多个效应因子结合位点又变成支架。这种逐步的情况很可能是因为调节性DNA被转录，例如增强子，根据高亲和力的转录因子结合序列，通常是串联和组合排列。因此，原始lncRNA“信号”通常可能含有功能性发展成为诱饵、引导和支架。越来越多的研究表明，调节区域的多态性和突变与人类疾病有关。但是，目前研究人员只是观察冰山一角。越来越清楚的是，许多常见的疾病关联研究发现非编码区变异是这些迟发性疾病的根本原因。这是令人兴奋的，并可能有助于疾病的管理和治疗。未来探索的领域将包括通过lncRNA及其调控网络将生理和环境变化转化为变化的基因功能的机制。研究人员希望提供逻辑和实验证据来支持lncRNA的功能分类作为一个有用的框架。随着lncRNA调控的更多例子被发现，大型转录本最终将在其多功能性方面与小RNA和蛋白质相媲美，成为遗传信息的调节因子。
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