导师沉默，主任流泪，一文带你了解ceRNA，与肿瘤的爱恨纠葛的那些事
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我们今天的主人公竞争性内源RNA（ceRNA）是近几年来备受学术界关注的对象，（见此文 NSFC|近些年火爆的研究热点，你Get到了吗）其实它并不是新的RNA分子，只是一种最新发现的调节机制。
microRNA可以通过结合mRNA导致基因沉默，而ceRNA，包括lncRNA和circRNA等，可以通过竞争性地结合microRNA来调节基因表达。 ceRNA(competing endogenous RNAs，竞争性内源RNA)假说揭示了一种RNA间相互作用的新机制。它代表了一种全新的基因表达调控模式，相比miRNA调控网络，ceRNA调控网络更 为精细和复杂，涉及更多的RNA分子，包括mRNA、编码基因的假基因、长链非编码RNA和miRNA等，它为科研工作者提供一个全新的视角进行转录组研究，有助于更全面、深入地解释一些生物学现象。
ceRNA假说是什么？
先不要慌，听我慢慢道来，基于20多年对microRNA的相关研究（对microRNA感兴趣的小伙伴可以看看这个 资料|miRNA怎么做临床研究？干饭人也要搞科研），我们已了解到这类长度仅包含17-25个核苷酸的内源性非编码RNA作为转录后调控因子广泛参与机体的发育、分化以及新陈代谢等生理过程，其在生命周期的基因调控网络中发挥着重要的作用。
同时发现，microRNA在进化上高度保守，一种microRNA可通过与靶基因mRNA 3’UTR区域的MRE识别并诱导基因沉默复合物RISC的装配，进而调控多个靶基因的活性或稳定性，且多种microRNA也可协同调控同一个靶基因。
由此设想，共享有同一种microRNA MRE序列的不同基因转录物间构成了竞争，他们对同种microRNA的结合此消彼长，从而形成复杂的RNA调控网络，既调节各自的表达水平又相互影响，最终影响细胞的命运，即为ceRNA假说。 其中，共享有相同MRE又构成竞争关系的不同转录物统称为竞争性内源RNA（completing endogenous RNA， ceRNA），包括编码蛋白的mRNA、长链非编码RNA（lncRNA）、假基因转录本以及环状RNA（circRNA）等。该假说先后通过生物信息学、细胞生物学等实验得到了验证，向我们展示了全新的转录组调控网络。
ceRNA又有何特点呢？
我用两张图表示，清晰易懂。
图1 miRNA，ceRNA调控示意图▼
miRNA，ceRNA调控示意图
根据Pier Paolo Pandolfi教授的ceRNA假说（如图1右侧示意图），细胞内除mRNA之外，还存在另外一些RNA分子，比如长链非编码RNA（lncRNA）也存在miRNA应答元件（MRE），当lncRNA与mRNA存在相同的MRE时，他们之间构成了竞争相同种类miRNA的关系，换句话说，细胞内lncRNA表达水平的高低，直接影响了可被相应mRNA结合的miRNA数量的多少，也就是说，lncRNA通过MRE这个桥梁，间接地调控了mRNA的表达
水平，从而调控细胞功能。
图2 ceRNA表达水平的关系▼
ceRNA表达水平的关系假设RNA X与Y是一对ceRNA分子，X和Y转录本上有三种MRE，细胞内可被利用的miRNA有三种，共12个miRNA分子，在细胞稳态下，X和Y分别结合6个miRNA，我们分别来分析下Y基因发生高表达、低表达两种情况下，对X基因表达有何影响：1）当Y发生高表达基因调控网络时，细胞内Y转录本升高，它会竞争结合更多的miRNA分子（图示为9个），而仅剩3个miRNA与X结合，miRNA对靶基因表达水平起负调控作用，此时相当于Y基因高表达后，削弱了miRNA对X表达的抑制，因此导致X随着Y表达水平升高而升高；
2）当Y发生低表达时，细胞内转录本数量减少，它仅结合少量的miRNA（图示为3个），而剩余的9个miRNA与X结合，在此情况下，Y表达水平下调，使更多的miRNA来抑制X的表达，所以，X随着Y表达水平降低而降低。因此，通过分析可知，ceRNA之间的表达水平变化趋势是一致的。根据ceRNA的概念和作用机制，不难总结出ceRNA的特点：a）ceRNA存在相同的miRNA结合位点b）ceRNA都受miRNA调控c）ceRNA之间存在相互调
控关系，且表达水平变化趋势一致
ceRNA研究思路
关于研究思路，我总结了几个，大抵分为以下几步骤：
阶段1：确定研究对象，比如用药前后、不同发育阶段、癌vs癌旁。
阶段2：筛选差异miRNA，LincRNA、mRNA等等，主要是用microarry、NGS。
阶段3：进行ceRNA调控网络的预测，运用生信挖掘。
阶段4：最后进行ceRNA调控关系和功能的验证，比如说ceRNA调控关系验证ceRNA对目的基因的影响，从蛋白水平，RNA水平或者竞争结合区域验证；ceRNA对miRNA依耐性，miRNA结合位与miRNA的调控关系；或者功能验证，比如是细胞水平、动物模型、临床水平等。
前面说了这么多，重点来啦~
ceRNA对肿瘤是如何调控的？
普遍认为，精准的基因表达调控对机体的稳态维持和正常的生理活动至关重要，而RNAs调控网络的异常是诱发多种疾病的主要因素。ceRNA的提出进一步完善了人类对转录组和RNA调控网络的认知，为探究多种疾病的发生发展提供了全新的视野。
研究表明，恶性肿瘤细胞中的ceRNAs能够与原癌基因、抑癌基因以及多种肿瘤相关信号通路因子的mRNA 3’UTR区域的MRE竞争性结合靶向microRNA，从而促进或抑制microRNA的相关功能，在肿瘤的发生、恶化、侵袭、转移甚至药物中发挥着重要作用。
例如通过对TCGA数据库中的恶性胶质瘤的基因表达谱分析发现，约有7000多种基因的转录物之间以ceRNA的方式相互联系和影响，其中涉及PTEN、视网膜母细胞瘤1（RB1）、VEGF-A、STAT3等肿瘤相关基因。
Poliseno等发现，前列腺癌细胞中的假基因PTENP1转录本可通过竞争性结合miR-19b、miR-20a、miR-214等多种靶向PTEN的microRNA，提高PTEN的表达水平从而抑制PI3K/Akt信号通路的激活，最终抑制肿瘤细胞的增殖，相反，PTENP1表达的抑制伴随着PTEN表达的下调和肿瘤细胞增殖水平的提高。
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