miniatura|348x348px|Diferentes tipos de ARNs non codificantes longos. Os ARNs non codificantes longos (ARNncl ou, en inglés, long ncRNA ou lncRNA) son un tipo de ARN, xeralmente definidos como transcritos de máis de 200 nucleótidos que non son traducidos a proteínas. Este límite arbitrario serve para distinguir os ARNs non codificantes longos dos curtos, como serían o microARN, o ARN interferente pequeno, o ARN que interacciona con Piwi, o ARN nucleolar pequeno e outros ARNs curtos. Os chamados ARNs non codificantes intercalados/interxénicos longos (ARNncil ou, en inglés, lincRNA) son secuencias de ARN non codificante longo que non se solapan con xenes codificantes de proteínas.
Os ARN non codificantes longos comprenden os interxénicos, os intrónicos e os de sentido e antisentido, cada un dos cales mostra ter diferentes posicións xenómicas en relación cos xenes e os exóns.
Abundancia
En 2007 un estudo atopou que só unha quinta parte das transcricións no xenoma humano estaban asociadas con xenes codificantes de proteínas, o que indica que polo menos hai catro veces máis secuencias de ARN non codificante longo que de ARN codificante. Os proxectos de secuenciación de ADN complementario (ADNc) a grande escala como FANTOM revelaron a complexidade desta transcrición. O proxecto FANTOM3 identificou ~35.000 transcritos non codificantes que levan moitas sinaturas de ARN mensaxeiro, incluíndo a caparuza cinco prima (5' cap), o empalme e a poliadenilación, pero que teñen pouco ou ningún marco aberto de lectura (ORF). Esta cifra representa unha estimación baixa conservadora, xa que se omitiron moitos transcritos solitarios e transcritos non poliadenilados (os datos de tiling array mostran que máis dun 40% dos transcritos non están poliadenilados). Identificar os ARN non codificantes nas bibliotecas de ADN complementario é todo un reto porque pode ser difícil distinguir os transcritos codificantes de proteínas dos non codificantes. Suxeriuse despois de múltiples estudos que o testículo, e o tecido nervioso expresan a maior cantidade dos ARN non codificantes longos de entre todos os tecidos do corpo. Usando FANTOM5, identificáronse 27.919 ARNnc longos en varias fontes humanas.
Cuantitativamente, os ARNnc longos teñen unha abundancia 10 veces menor que os ARNm, o que se explica pola maior variación entre células dos niveis de expresión de xenes de ARNnc longo nas células individuais, cando se comparan cos xenes codificantes de proteínas. En xeral, a maioría (~78%) dos ARNnc longos caracterízanse como específicos de tecidos, en contraste con só o ~19% dos ARNm. Ademais da súa maior especificidade de tecido, os ARNnc longos caracterízanse por unha maior especificidade do estado de desenvolvemento, e a especificidade de subtipo celular en tecidos como o do neocórtex humano e outras partes do cerebro, que regulan o funcionamento e desenvolvemento correcto do cerebro. En 2018, unha integración completa dos ARNnc longos das bases de datos existentes, publicou a literatura e novas ensamblaxes de ARN baseándose en análise de datos de RNA-Seq, e revelou que en humanos hai 270.044 transcritos de ARNnc longos.
En comparación cos mamíferos, nas plantas relativamente poucos estudos estiveron enfocados a estudar a prevalencia dos ARNnc longos. Porén, un amplo estudo sobre 37 especies de plantas superiores e seis de algas identificou ~200.000 transcritos non codificantes usando unha estratexia in silico, e tamén creou a Green Non-Coding Database (GreeNC) asociada, un repositorio dos ARNnc longos de plantas.
Organización xenómica
En 2005 a paisaxe dos xenomas de mamíferos describiuse como numerosos "focos" de transcrición que están separados por longos tramos de espazo interxénico. Aínda que algúns ARN non codificantes longos están localizados dentro dos tramos interxénicos, a maioría deles son transcritos solapantes senstido e antisentido que adoitan incluír xenes codificantes de proteínas, dando lugar a unha complexa xerarquía de isoformas solapantes. As secuencias xenómicas dentro destes focos transcricionais están con frecuencia compartidos dentro de varios transcritos codificantes e non codificantes en direccións sentido e antisentido Por exemplo, 3-012 dun total de 8.961 ADNs complementarios anotados previamente como secuencias codificantes truncadas en FANTOM2 foron máis tarde designadas como variantes xenuínas de ARN non codificante de ADNs complementarios codificantes de proteínas. Aínda que a abundancia e conservación destas disposicións suxire que teñen relevancia biolóxica, a complexidade destes focos frustra unha doada avaliación.
O consorcio GENCODE recompilou e analizou un conxunto completo de anotacións de ARNnc longos humanos e as súas organizacións xenómicas, modificacións, localizacións celulares e perfís de expresión nos tecidos. As súas análises indican que os ARNnc longos humanos mostran un nesgo cara aos transcritos de dous exóns.
Software de identificación Nome Grupo taxonómico Servidor web Repositorio Entrada de ficheiros Modelo principal / algoritmo Training set Ano de publicación ReferenciaDeepPlncPlantasDeepPlnc ServerDeepPlncFASTARede neuralSi2022 RNAsambaTodosRNAsambaRNAsambaFASTARede neuralSi2020LGCPlantas, animais LGCFASTA, BED, GTF Relación entre a lonxitude de ORF e o contido GCNon 2019 CPATHumanos, moscas, ratos, peixes cebra CPATCPATFASTA/BED Regresión loxísticaSi 2013 COMEPlantas, humanos, ratos, mocas, vermes COME COMEGTF Random ForestSi 2017 CNCIPlantas, animais NAFASTA, GTF Máquina de vector de soporteNon 2013 PLEKVertebrados NAPLEKFASTA Máquina de vector de soporteNon 2014 FEELncTodosNAFEELncFASTA, GTFRandom ForestSi2017PhyloCSFVertebrados, moscas, mosquitos, lévedos, vermes NAFASTA Modelo de codón filoxenéticoSi 2011 slnckyTodos NAslnckyFASTA, BED Conservación evolutivaSi 2016
Tradución
Houbo unha considerable discusión sobre se os ARNnc longos foran anotados incorrectamente e en realidade si codificaban proteínas. Atopáronse varios ARNnc longos que, efectivamente, codificaban péptidos con funcións biolóxicas significativas. Os estudos de Ribo-Seq (ribosome profiling) suxeriron que entre o 40% e o 90% dos ARNnc longos anotados son de feito traducidos, aínda que hai desacordo sobre o método correcto de analizar os datos de Ribo-Seq. Ademais, pénsase que moitos dos péptidos producidos por ARNcn longos poden sen moi inestables e sen función biolóxica.
Conservación
Os estudos iniciais sobre a conservación do ARNnc longo observaron que, considerados como clase, estaban enriquecidos con elementos de secuencias conservadas, pero teñen menos substitucións e menor frecuencia de insercións/delecións e menos variantes de pouca frecuencia, o que indica selección purificante que mantén a función dos ARNnc longos. Porén, posteriores investigacións en ARNnc longo de vertebrados revelaron que aínda que os ARNnc longos están conservados en secuencia, non están conservados en transcrición. Noutras palabras, incluso cando a secuencia do ARNnc longo humano está conservada noutras especies de vertebrados, a miúdo non hai transcrición dun ARNnc longo na rexión xenómica ortóloga. Algúns argumentan que estas observacións suxiren a non funcionalidade da maioría dos ARNnc longos, mentres que outros sosteñen que poden ser indicativas dunha rápida selección adaptativa específica de especie.
Aínda que o recambio (turnover) da transcrición dos ARNnc longos é moito maior do que inicialmente se agardaba, é importante salientar que aínda así, centos de ARNnc longos están conservados a nivel de secuencia. Houbo varios intentos de delinear as diferentes categorías de sinaturas de selección observadas entre os ARNnc longos, incluíndo: ARNnc longos con conservación de secuencias en toda a lonxitude do xene, ARNnc longos nos cales só está conservada unha porción do transcrito (por exemplo, o extremo 5′, os sitios de empalme), e ARNnc longos que se transcriben de rexións sinténicas do xenoma pero non teñen unha similitude de secuencia recoñecible. Ademais, houbo intentos de identificar estruturas secundarias conservadas nos ARNnc longos, aínda que estes estudos deron lugar actualmente a resultados conflitivos.
Funcións
Malia a acumulación de evidencias de que a maioría dos ARNnc longos de mamíferos son probablemente funcionais, só unha proporción relativamente pequena demostrou ser bioloxicamente relevante. Algúns ARNnc longos foron anotados funcionalmente en LncRNAdb (unha base de datos de ARNnc longos descritos na literatura), coa maioría deles descritos en humanos. As funcións doutros ARNnc longos con evidencias experimentais foron revisadas pola comunidade en LncRNAWiki (unha plataforma baseada en wiki, editable publicamente e de contido aberto para a revisión pola comunidade dos ARNnc longos humanos) con respecto aos mecanismos funcionais e asociación con enfermidades, ás cales tamén se pode acceder en LncBook. De acordo coa revisión (ou curación) dos mecanismos funcionais dos ARNnc longos baseada na literatura, informouse amplamente de que os ARNnc longos están implicados na regulación transcricional. Un estudo posterior de secuenciación a grande escala proporcionou probas de que moitos transcritos que se pensaba que eran ARNnc longos poden, de feito, ser traducidos a proteínas.
Na regulación da transcrición xénica Na transcrición específica de xenes
En eucariotas, a transcrición de ARN é un proceso estreitamente regulado. Os ARN non codificantes actúan sobre diferentes aspectos deste proceso, afectando moduladores transcricionais, a ARN polimerase (RNAP) II e mesmo o ADN bicatenario para regular a expresión xénica.
Os ARNs non codificantes modulan a transcrición por diversos mecanismos, como funcionando eles mesmos como reguladores, modificando a actividade dun factor de transcrición, ou regulando a asociación e actividade de correguladores. Por exemplo, o ARN non codificante Evf-2 funciona como coactivador do factor de transcrición homeobox Dlx2, que ten un importante papel no desenvolvemento do prosencéfalo e a neuroxénese. Sonic hedgehog induce a transcrición de Evf-2 a partir dun elemento ultraconservado localizado entre os xenes Dlx5 e Dlx6 durante o desenvolvemento do prosencéfalo. Despois, o Evf-2 recruta o factor de transcrición Dlx2 ao mesmo elemento ultraconservado por medio do cal Dlx2 induce seguidamente a expresión de Dlx5. A existencia doutros elementos ultra ou altamente conservados similares nos xenomas de mamíferos que son ambos transcritos e desempeñan funcións de potenciadores suxire que Evf-2 pode ser ilustrativo dun mecanismo xeneralizado que regula xenes do desenvolvemento con padróns de expresión complexos durante o crecemento dos vertebrados. A transcrición e a expresión de elementos ultraconservados non codificantes similares demostrouse que é anormal na leucemia humana e contribúe á apoptose en células de cancro de colon, suxerindo a súa implicación na tumoroxénese.
Os ARN non codificantes locais poden tamén recrutar programas transcricionais para regular a expresión de xenes codificantes de proteínas adxacentes. Por exemplo, os ARNnc longos diverxentes que se transcriben na dirección oposta de xenes codificantes de proteínas próximos (~20% dos ARNnc longos totais en xenomas de mamíferos) posiblemente regulan a transcrición de xenes reguladores do desenvolvemento esenciais adxacentes próximos en células pluripotentes.