环状RNA的研究意义

背景

环状RNA（circRNA）是区别于传统线性RNA的一类新型RNA，具有闭合环状结构，大量存在于真核转录组中。大部分的环状RNA是由外显子序列构成，在不同的物种中具有保守性，同时存在组织及不同发育阶段的表达特异性。由于环状RNA对核酸酶不敏感，所以比线性RNA更为稳定，这使得环状RNA在作为新型临床诊断标记物的开发应用上具有明显优势。此外，近期研究显示，环状RNA在不同物种中起到miRNA海绵的作用，称之为竞争性內源RNA（ceRNA），能竞争性结合miRNA，从而调控靶基因的表达。这说明：环状RNA可能通过竞争性结合疾病相关的miRNA在疾病调控中发挥着非常重要的作用。

 
图释：circRNA在哺乳动物细胞中的形成

circRNA特征

• circRNA没有“尾巴”
常规存在于线性RNA分子中的3’和5’端在环状RNA中被连接形成了闭合环状结构（图1）。而经典的RNA检测方法只能分离具有PolyA“尾巴”结构的RNA分子，所以环转RNA在以往的研究中通常被忽略了。

• circRNA不翻译
虽然很多circRNA是由蛋白编码基因产生，但是还没有结果显示circRNA在细胞中编码蛋白。环状RNA也因此被定义为一类新型非编码RNA。

• circRNA的细胞定位和稳定性
大部分环状RNA在细胞浆中富集，其丰度有时甚至比相应的线性mRNA高10余倍，这可能是由于环状RNA比线性RNA更稳定造成的。核酸酶往往通过识别线性RNA分子末端发挥作用，环状RNA是一个闭合结构，因此对核酸酶具有高耐受性。

circRNA作为内源性竞争RNA（ceRNA）

环状RNA在细胞质中富集，同时与对应的线性RNA具有相同的转录序列，说明环状RNA很有可能是通过影响miRNA的结合来行使功能。近来发现的一个环状RNA-CDR1as (也称为ciRS-7) ，在其序列上有超过60个保守的miR-7结合位点，因此起到有效的miR-7海绵作用，能够影响miR-7靶标基因活性。在斑马鱼实验中，该环状RNA的表达能够损害中脑发育，与敲除miR-7效果一致。此外，Sry 也被证实起到miR-138的海绵作用。通过高通量测序和生物信息学分析手段，研究者们在哺乳动物转录组中发现了数以千计的环状RNA，说明环状RNA很有可能就是一类新的调控型內源竞争性RNA（ceRNA）。更为重要的是，由于环状RNA的高表达和稳定特性，它在与其它的线性內源竞争性RNA共同作用过程中能够显示异常突出的ceRNA活性。

除了ceRNA活性，环状RNA也有可能与RNA结合蛋白RBPs结合，或与其它RNA碱基互补结合甚至结合RNA的翻译蛋白，从而影响基因的正常功能。

 
图释：ciRS-7 的miR-7海绵作用

circRNA与疾病

近来研究开始关注于circRNA可能在疾病病理方面起到的作用。例如，环状ANRIL（cANRIL）是长链非编码RNA ANRIL的环状拼接形式，其在人类细胞中的表达与该位点上几个可能影响ANRIL拼接的SNP有关，能调节INK4/ARF的水平并增加动脉粥样硬化的风险。这项研究充分证明circRNA与疾病的发生存在关联，并能很好地作为疾病新型生物标记。

此外，更多的证据显示，环状RNA在miRNA水平的微调上起着非常重要的作用，通过竞争结合miRNA来调控基因的表达。而与疾病关联miRNA的相互作用则说明环状RNA能够参与疾病调节。例如，环状RNA ciRS-7在人脑组织中丰富表达，与脑特异性microRNA miR-7相互作用；而ciRS-7含有多个串联的miR-7结合位点，因此可以作为内源性的miRNA海绵，抑制miR-7活性。考虑到miR-7是各种不同癌症相关通路的重要调节因子，同时也因能直接调节a-突触核蛋白和泛素蛋白连接酶A（UBE2A）的表达而可能与帕金森和阿兹海默疾病的发生相关，所以ciRS-7也很有可能作为神经性系统疾病和癌症发生的重要调节因子。

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参考文献
1. Jeck, W. R., J. A. Sorrentino, et al. (2013). "Circular RNAs are abundant, conserved, and associated with ALU repeats." RNA 19(2): 141-157.
2. Ledford, H. (2013). "Circular RNAs throw genetics for a loop." Nature 494(7438): 415.
3. Perkel, J. M. (2013). "Assume nothing: the tale of circular RNA." Biotechniques 55(2): 55-57.
4. Salmena, L., L. Poliseno, et al. "A ceRNA hypothesis: the Rosetta Stone of a hidden RNA language?" Cell 146(3): 353-358.
5. Wilusz, J. E. and P. A. Sharp (2013). "Molecular biology. A circuitous route to noncoding RNA." Science 340(6131): 440-441.