环形RNA在神经发育过程中转运与功能调控新机制

　　

6月4日，国际学术期刊Molecular Cell在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）陈玲玲研究组关于环形RNA转运与功能研究的最新进展：“Altered nucleocytoplasmic export of adenosine -rich circRNAs by PABPC1 contributes to neuronal function”。该研究发现一类腺苷酸富集（Adenosine-rich，(A)-rich）的环形RNA在人源胚胎干细胞H9的细胞核中滞留，并随着定向分化为前脑神经元的过程中出核。研究人员解析了这一环形RNA转运调控的分子机理，并揭示其动态定位参与调控H9细胞中的蛋白质翻译和神经元的突触生长，首次将环形RNA出核调控与功能作用相偶联。

环形RNA是一类共价闭合的单链RNA分子，主要由mRNA前体的外显子反向剪接而成。近十年来研究发现，环形RNA普遍表达，并具有区别于线性mRNA的生成加工、转运代谢及功能发挥途径与调控规律（详见近期综述Cell?2022，Annu Rev Cell Dev Biol2022）。环形RNA在细胞核内产生，大部分被转运定位于细胞浆中。已有研究揭示了多个参与mRNP（messenger ribonucleoprotein）和蛋白质出核的因子可能也参与了环形RNA出核。然而环形RNA出核在不同的生物学过程中是否受到调控，不同环形RNA的动态转运过程如何与功能偶联仍是环形RNA领域中的重要问题。

在哺乳动物大脑神经发育过程中，环形RNA在神经细胞中累积并具有重要功能。那么，环形RNA在神经分化过程中具有怎样的亚细胞定位？其出核过程受到怎样的调控？这一过程又是否参与了神经分化和功能？为了回答这些问题，研究人员首先通过分离人源胚胎干细胞H9和体外定向分化的前脑神经元的细胞核与细胞质RNA，结合高通量测序分析，发现约300个(A)-rich的环形RNA在H9细胞核中滞留，并随着神经分化的过程出核。对多个环形RNA中富含(A)的基序进行添加或删减，能够实现对环形RNA的亚细胞定位的操控。机制研究发现，poly(A)结合蛋白PABPC1参与了这类(A)-rich环形RNA的转运调控。PABPC1是一种核质穿梭蛋白，过往的研究显示其在调控mRNA的加工转运、稳定性维持和翻译过程中发挥重要功能。该研究发现，H9细胞核中的PABPC1能够结合这些(A)-rich的环形RNA，形成的复合物被核篮蛋白TPR捕获而被滞留于核中。此前TPR被认为可以参与抑制剪接异常的线性RNA出核，从而对线性RNA出核进行质控，该研究结果表明TPR也在环形RNA出核调控中具有重要功能。有意思的是，在神经分化过程中，细胞核内PABPC1的表达水平下降，不再能够被TPR有效捕获，从而不再抑制(A)-rich环形RNA出核。

值得一提的是，这一PABPC1参与调控的(A)-rich环形RNA亚细胞定位具有生理学意义。研究人员发现，递送(A)-rich环形RNA到H9细胞浆中，可以显著抑制mRNA翻译。这提示H9胞浆中过量的(A)-rich环形RNA可能与mRNA竞争性结合PABPC1并抑制翻译，(A)-rich环形RNA在干细胞中核滞留现象有利于干细胞增殖所需要的高效的蛋白翻译。研究发现，针对在神经分化过程中出核的(A)-rich环形RNA circRTN4(2,3)，该环形RNA参与了神经元突触的生长调控，提示出核的(A)-rich环形RNA对于神经发育也具有重要意义。研究还发现mRNP出核因子NXF1参与了环形RNA的出核调控，尽管其辅因子NXT1在mRNA出核过程中发挥重要作用，但并不调控环形RNA出核，提示环形RNA与线性RNA出核机制的区别。

总之，该研究揭示了一种(A)-rich序列依赖性的环形RNA出核调控机制，该类环形RNA的亚细胞定位与其在细胞中的功能高度偶联，从而丰富了对环形RNA出核调控与功能作用机制的理解。

分子细胞卓越中心博士研究生曹诗梦、副研究员乌皓和中国科学院上海营养与健康研究所博士研究生袁国华为该论文的共同第一作者，分子细胞卓越中心陈玲玲研究员为该论文的通讯作者。该项工作得到复旦大学生物医学研究院/复旦大学附属儿科医院杨力研究员的大力支持。该研究获得分子细胞卓越中心分子生物学技术平台和细胞分析技术平台的技术支持，并获国家自然科学基金、科技部、中国科学院及上海市科委的基金支持。

文章链接：https://authors.elsevier.com/c/1jCai3vVUPRmFz

环形RNA出核调控与功能偶联调控新机制

陈玲玲组发现，PABPC1和TPR在H9细胞中抑制了富含腺苷的环形RNA出核，而在神经分化过程中这种出核抑制被解除，并且这一出核过程伴随着重要的细胞功能。中国的端午节以吃粽子和赛龙舟而闻名。插图中几个坐在龙舟上的粽子，代表装有PABPC1的腺苷富集环形RNA。他们想要过河却被山神阻止，显示了TRP在核孔处的出核监视机制。