21世纪最初10来年的研究表明，哺乳动物基因组的转录不仅广泛而且极为复杂。哺乳动物基因组中只有1%～1.5%的序列具有编码蛋白质的潜能，却有70%～90%的序列在发育的某个阶段被转录为大量的非编码RNA，其中长度大于100个核苷酸的被定义为长链非编码RNA（1ncRNA），有人估计1ncRNA总数超过20万。这些lnc RNA不仅包括反义转录产物、内含子转录产物和基因间隔序列的转录产物，还包括假基因和逆转座子转录产物。
这么多转录产物是不是都是基因组中的所谓“暗物质”和“转录噪声”，抑或仅仅是编码基因的某种转录产物过客呢？一项名为DNA元件百科全书（encyclopediaof DNA elements，ENCODE）的研究计划的最新报告揭示人基因组调节和结构组成是极其复杂的。例如，任何以前诠释过的基因几乎都有10个左右相互重叠的转录异构体（isoform），这对经典的基因定义提出了严峻的挑战。我们确实应该重新认识RNA，这一大类生物大分子肯定不会只是从DNA到RNA再到蛋白质这个生物信息传递的“中心法则”中“二传手”。本节将概述lncRNA在表观遗传调控过程中的一般作用特点，接下来还将重点讨论lncRNA在基因印迹、哺乳动物X染色体失活和基因表达重编程中的关键性作用。
图5-6 长链非编码RNA转录产物的主要来源
（a）反义lncRNA（ antisense lncRNA），转录自蛋白编码基因的反义链，至少与一个编码蛋白基因的外显子序列重合；（b）内含子lncRNA（intronic lncRNA），转录自蛋白编码基因内含子，且不与任何外显子重合；（c）双向lncRNA（ bidirectional lncRNA），转录起始点位于蛋白编码基因的启动子区，分别向上游和下游两个方向延伸成两个独立lncRNA；（ d）基因间lncRNA（intergenic ncRNA，lincRNA），转录自不同蛋白编码基因之间的序列，各自有独立的转录调控元件
尽管我们对lncRNA表观遗传调控机制的了解还非常有限，但已有的研究资料已经表明lncRNA参与了mRNA的成熟和转运、蛋白质的合成、多种功能性蛋白质的招募、染色质结构重塑和基因沉默等基因表达与染色质修饰的各个层面调控。为了便于叙述，我们可以把lncRNA作用的分子机制大致可归纳为4种基本类型。
1.lncRNA的第一种作用是信号分子 lncRNA的合成有很强的细胞类型特异性和发育阶段时空特异性，并能对温度变化和细胞应激等迅速做出反应，这些特点表明lncRNA的表达是受到严格调控的，它有可能成为一种有效的信号分子，也有可能作为细胞或机体功能性生物学事件的分子标记。起信号分子作用的lncRNA可以通过与染色质结构状态的调节蛋白协同，在特定的时空节点上调节基因转录的起始、转录产物的延伸和转录中止。与蛋白质相比，RNA具有合成和降解的周期短、对体内外刺激反应迅速等作为生物学事件信号分子的多种优势。
2.lncRNA的第二种作用是诱饵分子 研究表明，基因组中的增强子和启动子序列被广泛转录为lncRNA，这类lncRNA在基因转录的正向和负向调节中都起着某种核心作用，作为诱饵分子的lncRNA一旦被转录，随即与被诱的转录因子或染色质修饰因子等特定的蛋白质调控分子相互结合，进而使之脱离原先的功能状态，导致细胞转录组的广泛变化。这一类1ncRNA对被诱并与之相结合的效应蛋白而言，就像是一种分子陷阱，抑制了其正在行使的功能。如果真是这样的话，只要敲减与效应蛋白相互结合的1ncRNA，就有可能拯救因效应蛋白功能丢失而造成的表型缺陷，这也是鉴定诱饵型lncRNA分子的实验方法。
3.lncRNA的第三种作用是向导分子 这一类lncRNA与蛋白质结合后，随即会将RNA-蛋白质复合物引导至特定的作用靶标。作为向导分子的lncRNA既能通过顺式作用调节邻近的基因，也能通过反式作用调节远处的基因。起顺式作用时，lncRNA向导分子与RNA聚合酶协同调节转录，或者作为小分子调节RNA的互补靶序列发挥调节作用。起反式作用时，向导lnc RNA可通过与靶DNA结合而形成RNA ∶DNA异源双聚体，或RNA∶DNA ∶DNA三聚体，甚至通过识别特殊的染色质表面复合物而调控转录过程。所以，尽管向导lncRNA分子与蛋白质结合所形成的染色质结构变化是局部的，但是它对基因转录的调控是非常广泛的。
由lnc RNA引入的基因表达调节组分既可以是多梳蛋白复合物这样基因表达的抑制性复合物，也可以是具有组蛋白甲基化酶活性的MLL（mixed-lineage leukemia）或转录因子TFⅡ B（transcription factorⅡ B）这样基因表达的激活性复合物，这些功能性蛋白质复合物在基因组中都涉及不同信号通路的许多靶基因，所以，尽管引入的调控蛋白功能不同，向导lncRNA都能越过间隔的DNA序列将调控组分引导至基因靶标，实施基因组的表观遗传调控。lncRNA也可将DNA甲基化酶DNMT3a引导至基因组中的靶标位点造成位点特异性的DNA甲基化。图5-7是lncRNA发挥向导作用的示意图。特定的lncRNA将表观遗传复合物拖拉至染色质进行等位基因和基因座位特异性调控，lncRNA合成后即与PRC2这样的表观遗传复合物相结合并通过DNA结合因子YY1一起定位至染色质的共转录位置。表观遗传修饰随即沉默基因，lncRNA的快速合成和降解防止了它向异位扩散。
图5-7 lncRNA行使向导作用的示意（改自J.T.Lee）
4.lncRNA的第四种作用是支架分子 在多种生物学信号传递过程中，分子间相互作用的高度特异性和动力学的精确调控是至关重要的，长期以来学者们一直认为支架复合体的主体总是蛋白质。然而，最近的大量研究表明1ncRNA也可以作为分子组装的平台。作为支架分子时，lncRNA的各个不同结构域可以和不同功能的蛋白质结合，同时吸引多个效应分子伙伴，因此有可能在时间和空间两个物理向度上满足基因组表观调控的特异性要求，而lncRNA的抑制性和激活性效应分子伙伴可以分别实施不同的转录调控。与鉴定诱饵分子相似，借助RNA干扰技术敲减这类lncRNA支架，则会同时改变多个效应分子伙伴的作用靶标，导致功能的严重扰乱，甚至表型异常。如果仅仅改变效应分子的不同结构域，则可能影响不同的效应分子的靶向及其功能。
上述的lncRNA功能的划分还很粗浅，事实上一种lncRNA分子也可能同时执行多种功能。毫无疑问我们对lncRNA作用机制的了解还刚刚开始，对于lncRNA在表观遗传调控中的重要作用的研究还方兴未艾。图5-8只是lncRNA表观遗传调控作用的4种基本类型的大致示意图。在顺式作用时，lncRNA往往有很强的作用靶位特异性，而在反式作用时lncRNA则常常作为分子支架，可起共激活因子或共抑制因子作用。图5-9则对lncRNA的表观遗传调控的生物学效应做了形象化的总结。
信号分子lncRNA的表达能及时反映转录因子（着色椭圆）间的协同作用显示出基因调控信号通路的时间和空间
诱饵分子lncRNA能与转录因子和其他蛋白质结合，将其拉离染色质或拖入细胞核内另一个亚区；也可作为miRNA的诱饵使之脱离作用靶标（未显示）
向导分子lncRNA能将染色质修饰酶或其他功能性蛋白招募至靶基因，既可顺式调控位于近侧的靶基因也可反式调控位于远端的靶基因
支架分子lncRNA能聚集多个功能性蛋白质组成修饰组蛋白的核糖核蛋白复合物，也可稳定细胞核内部结构，抑或形成表观遗传调控信号复合体
图5-8 长链非编码RNA行使功能的4种表观遗传调控方式示意（改自K.C.Wang和H.Y.Chang）
图5-9 lncRNA的表观遗传调控功能一览（引自jonlieffmd.com网）
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