NEAT1：从细胞分化到皮肤疾病，不可或缺的长链非编码 RNA- 大数跨境

Biolinker

2024-11-29

导语

转录因子 ΔNp63 在表皮生物学中起着关键的调节作用，它以转录抑制或激活特定的蛋白质编码基因和小 RNA（miRNAs）来调控上皮干细胞功能及维持分层上皮组织的完整性。其在表皮中的表达局限于基底层，在角质形成细胞分化时，ΔNp63 水平降低。

尽管已鉴定出众多 ΔNp63 的靶基因（包括蛋白质编码基因和 miRNAs），但人们对 ΔNp63 与长链非编码 RNAs（lncRNAs）表达之间的功能联系知之甚少。过去十年中，lncRNAs 已成为各种生理过程（如体细胞谱系特化和分化）的重要调节因子，然而目前仅有少数 lncRNAs 被描述在控制表皮分化中起作用。

2023年6月作者在期刊Nature Communications（IF=14.7）发表了题为“The long non-coding RNA NEAT1 is a ΔNp63 target gene modulating epidermal differentiation”的文章，旨在探索转录因子ΔNp63 对 lncRNA NEAT1 表达的调控及其在表皮分化中的作用。通过一系列实验，揭示 NEAT1 在表皮分化过程中的重要性，以及其表达失调与皮肤疾病的关联，从而加深对表皮发育和皮肤疾病机制的理解。

一、实验设计

1.样本：采集人原代角质形成细胞（HEKn）进行lncRNA-seq；

2.测序策略：NovaSeq 6000，PE100。

二、主要结果

1.ΔNp63抑制NEAT1 和 MALAT1 的表达

利用 lncRNAs 定制芯片，发现多种细胞中 ΔNp63 沉默后部分 lncRNAs 表达改变，确定 MALAT1 和 NEAT1 可能为其靶标。在原代角质形成细胞中，转染针对 ΔNp63 的 siRNA 证实其可上调 MALAT1 和 NEAT1（包括 NEAT1_2）RNA 水平。通过分析 ChIp - Seq 数据，表明 ΔNp63 能占据 NEAT1 和 MALAT1 基因近端启动子的结合位点。实验表明 ΔNp63 通过招募 HDAC1 抑制 NEAT1 和 MALAT1 表达，ΔNp63 沉默影响 HDAC1 占位及组蛋白 H3 乙酰化水平，揭示了 ΔNp63 通过 HDAC 依赖机制调控 NEAT1 和 MALAT1 表达。

Fig. 1 ΔNp63 represses NEAT1 and MALAT1 lncRNAs expression by an HDAC-dependent mechanism.

2. ΔNp63利用依赖于HDAC的机制来抑制NEAT1和MALAT1表达

NEAT1 和 MALAT1 在表皮分化过程中表达发生显著变化且与 ΔNp63 表达相关。在原代角质形成细胞经 CaCl₂诱导分化过程中，随着时间推移，ΔNp63 表达降低，MALAT1 和 NEAT1（含 NEAT1_2）RNA 水平显著升高，分化标记物 K10 也上调，RNA - FISH 显示分化后 NEAT1 信号增强且与 NEAT1_2 相关、与 SPFQ 共定位，MALAT1 表达也上调。在人皮肤组织中，ΔNp63 主要在基底层，NEAT1 和 MALAT1 在基底上层，表明在皮肤分化时，ΔNp63 下调与 NEAT1 和 MALAT1 上调及 NEAT1 相关副斑点组装同时发生，二者表达呈负相关。

Fig. 2 NEAT1 and MALAT1 expression is induced during epidermal differentiation.

3. NEAT1和MALAT1表达在表皮分化过程中的调控

RNA - seq 分析表明 NEAT1 缺失影响约 370 个基因表达，下调基因富集于表皮发育等相关功能，且其基因集与钙分化角质形成细胞基因集及皮肤疾病相关基因集有显著关联，GSEA 和 IPA 上游调节因子分析揭示 NEAT1 与表皮分化关键调节因子相关，KLF4 是重要上游转录调节因子。在细胞水平，NEAT1 缺失损害表皮分化标志物表达，在器官型表皮模型中，导致表皮厚度减少，角质层厚度降低，分化标志物表达下降，而对基底细胞标志物等无影响，表明 NEAT1 对表皮分化基因表达调控至关重要且其失调与皮肤疾病有关。

Fig. 3 NEAT1 controls the expression of key epidermal differentiation genes.

4. NEAT1 在表皮分化中结合关键基因启动子促进其表达

通过 ChIRP（Chromatin Isolation by RNA Purification）实验，作者发现 NEAT1 在分化角质形成细胞的基因组中呈现特定结合特征，在基因体、转录起始和终止位点有分布，且在转录起始位点与活跃染色质相关组蛋白修饰 H3K4me3 富集，与表皮分化相关基因启动子区域有结合且与 KLF4 占位相关。RNA 免疫沉淀实验证实 NEAT1 与 KLF4、BRG1 相互作用，且在 NEAT1 结合的表皮基因启动子上有副斑点成分 SFPQ 定位，同时 NEAT1 结合会降低部分表皮基因上的 H3K4me3 标记。综上推测 NEAT1 可能与副斑点蛋白协同，促进关键表皮转录因子募集到分化基因启动子，推动表皮分化程序激活。

Fig. 4 NEAT1 binds to the promoters of key epidermal differentiation genes.

三、小结

文章结论表明，lncRNA NEAT1 是 ΔNp63 调控表皮稳态复杂网络中的重要成员。在表皮分化中，ΔNp63 通过 HDAC1/2 介导的组蛋白去乙酰化抑制 NEAT1 表达，分化时 ΔNp63 下调使 NEAT1 积累及副斑点组装。NEAT1 上调对维持表皮分化基因表达重要，其通过与关键转录因子（如 KLF4）及副斑点蛋白（如 BRG1、SFPQ）结合，促进转录因子募集到分化基因启动子来激活分化程序。NEAT1 缺失损害体外及器官型模型中的表皮分化，且其在皮肤疾病（如鱼鳞病和银屑病）中表达失调。此外，虽 MALAT1 也是 ΔNp63 转录靶标，但在表皮分化中的作用与 NEAT1 不同，NEAT1 在不同细胞分化中具有重要意义，可能是细胞分化的重要决定因素。