假基因的分子生物學價值

張琳梅 倪敬順 譚龍賢

摘 要：假基因常被認為是功能簡單的，是一些編碼基因錯誤的副本序列，正因為如此失去了其編碼潛力和有效的功能的研究。近些年隨著成千種假基因轉錄本以及上百種假基因翻譯體被發現，學術界認為假基因在人類轉錄本和蛋白組學中表現出了顯眼代表性。另外，假基因存還在重要的蛋白依賴或者蛋白非依賴功能，因此也涉及參與復雜的調控網絡。同樣假基因也可以作為非編碼基因，參與調解機體的生物學功能，一旦其表達異常即可伴隨疾病的發生。

關鍵詞：假基因;檢測;診斷;預后

1、假基因的檢測

轉錄后的假基因可通過RNA測序、微陣列分析、以及實時定量PCR的技術檢測到。RNA測序可以精確的獲得目前轉錄本中所有的假基因種類以及它們的拷貝數。重要的是，它是這三種中唯一可以發現新假基因的技術，同時它可以提供其他兩種技術賴以建立的知識基礎。但是RNA測序技術的費用仍舊很昂貴，同時需要生物信息學的知識做數據分析。幸運的是，由 Kalyana-Sundaram等學者[1]在2012年發表了先驅性的研究結論后，就出現了相當多的此方面的研究發表。與此同時逐漸在多種腫瘤組織中確定了假基因的概念，其中包括：膀胱移行細胞癌、乳腺癌、宮頸癌、大腸癌、子宮內膜樣癌、胃癌、膠質瘤、腎臟癌、肺癌、黑色素瘤、卵巢癌、胰腺癌和前列腺癌。微陣列分析，與RNA測序相比較費用較低數據運用更為簡單，但事實上很少用于假基因的檢測，除非實驗者設計了特異性靶向假基因的包被探針，同時不需要探究與其祖先基因的關聯。最后一種方法是實時定量PCR，它花費低廉，敏感性高同時特異性強。它也是這三種技術中唯一一種易于實驗室常規診斷和預后檢測的技術。然而在采用這種技術的同時也應注意確保被擴增的物體確實是假基因，避免其高度相似的祖先基因的異常擴增。應該使用多種程序針對其低同源性序列設計其特異性引物。同樣擴增后應檢查其產物是否具有特異性，確定其序列和大小是我們所需要的。同樣在血清或者血漿中評估假基因的表達情況，對于內參的把控也行當重要。

2、假基因作為人類腫瘤的診斷標記物

假基因具有遠大的診斷前景。在胃癌中假基因SUMO1P3的表達水平上調，可以用來區分良性胃病患者與胃癌患者。與健康對照組相比，胃癌患者的血清中假基因PTENp1是低表達的。與此同時還有兩種長鏈非編碼RNAs （CUDR和LSINCT-5）也有很高的診斷價值。類似的，與正常個體相比較，肝癌患者血清中假基因INTS6P1呈低表達趨勢。如果它們的表達量不超過甲胎蛋白——肝癌的常用診斷標記物，那么幾乎存在等價值的診斷意義[2]。由于如上述第二部分所闡述的生物信息學技術的飛快發展，我們才能夠有更準確的技術在正常組織以及腫瘤組織中以及同一腫瘤不同亞分類中區分假基因的表達差異。通過對13例腫瘤患者的組織以及臨近正常組織的測序檢測到了293種假基因數據，Kalyana-Sundaram 和他的同事證實了有218種假基因只在腫瘤組織中表達而在其臨近正常組織中不表達[74]。在這些假基因中，作者發現有40種假基因具有腫瘤特異性。最后他們篩選出了兩種與腫瘤特異性表達相關的假基因：ATP8A2-pg （乳腺癌中僅表達于腺管細胞而在乳腺基底細胞不表達）和CXADR-pg（主要表現在不攜帶 ETS 融合基因的前列腺癌樣本中）。更有趣的是，這一研究分析確定了假基因ATP8A2-pg在基底樣乳腺癌腫瘤亞型中幾乎不存在。他們的研究還表明卵巢漿液性囊腺癌中的假基因數據可以用以區分子宮內膜樣癌和漿液性內膜癌亞型。

3、在人類腫瘤中假基因作為預后標記物

一旦正確的腫瘤種類和其亞型被確診，選用最佳的治療方將對對患者未來的治療效果有預見性的作用。除了一些已經被確定的預后標記物外，假基因也可以作為有價值的預后標記物，可以用于預測腫瘤患者術后的生存壽命。例如在透明性腎細胞癌中，患者不表達PTENp1則其總的生存率要普遍低于表達PTENp1的患者。在胃癌細胞中 OCT4-pg1過表達主要是由于基因組擴增和OCT4-pg1蛋白通過促進增殖和血管形成以及抑制凋亡而存在致癌功能。另一種OCT4的假基因是OCT4-pg4，通過競爭性結合miR-145促進肝癌細胞的增殖，從而維持其祖先基因的表達。另外，研究發現OCT4-pg4的表達水平與肝癌患者的疾病分期和總的生存率息息相關，高表達者的生存率明顯低于低表達者[4]。

4、人類腫瘤中假基因作為內源競爭性RNA

假基因可以作為內源競爭性RNAs，因為它們與祖先基因具有相似的序列，所以假基因也同時含有和其祖先基相同的很多中miRNAs作用元件（MREs），它們之間通過競爭性結合共有的miRNAs分子，從而假基因可以維護其祖先基因的表達量。因此當假基因的表達失調后就可能產生相應的致癌或者抑癌功能。人類腫瘤中ceRNA網絡調控機制的研究表明：這些ceRNA包括假基因和一些其他的非編碼RNA，同時還包括一些涉及蛋白編碼功能的基因。加工型的假基因PTNEp1是在人類腫瘤中第一個被發現的ceRNA[5]。自從發現PTENp1后，很多種其他的致癌或者抑癌的假基因作為其祖先基因的ceRNA的角色才得以更進一步的研究。假基因探索空間最大的部分就是作為祖先基因非依賴性的ceRNA功能。將基因劃分為并沒有祖先基因相關性的一類主要是因為它們與這些突變的蛋白編碼基因之間的靶向相關。

參考文獻

[1]Shanker KS， Chandan KS， Sunita S， et al. Expressed pseudogenes in the transcriptional landscape of human cancers[J]. Cell， 2012， 149 （7）： 1622-1634.

[2]Lui KY， Peng HR， Lin JR， et al. Pseudogene integrator complex subunit 6 pseudogene 1 （INTS6P1） as a novel plasma-based biomarker for hepatocellular carcinoma screening[J]. Tumor Biology， 2015： 1-8.

[3]Han L， Yuan Y， Zheng S， et al. The Pan-Cancer analysis of pseudogene expression reveals biologically and clinically relevant tumour subtypes[J]. Nat Commun， 2014， 5： 3963-3963.

[4]Lei W， Zhang-Yan G， Rui Z， et al. Pseudogene OCT4-pg4 functions as a natural micro RNA sponge to regulate OCT4 expression by competing for miR-145 in hepatocellular carcinoma[J]. Carcinogenesis， 2013， 34 （8）： 1773-1781.

[5]Laura P， Leonardo S， Jiangwen Z， et al. A coding-independent function of gene and pseudogene mRNAs regulates tumour biology[J]. Nature， 2010， 465 （7301）： 1033-1038.