环状RNA大揭秘

环状RNA的研究热潮席卷科研界，小伙伴们都在讨论这个新鲜而又神秘的名词。环状RNA作为转录组家族的新成员，成为新近悄然升起的科研新星。本文将带您进入环状RNA的世界，为您揭开环状RNA的神秘面纱。

什么是环状RNA

环状RNA (Circular RNA, circRNA) 是一种呈封闭环状结构的非编码RNA分子，不具有传统线性RNA的5’和3’末端。

环状RNA的研究历程

20世纪70年代，研究者发现拟病毒的遗传信息是一种环状单链RNA。它的侵染对象是植物病毒，包括马铃薯，绒毛烟、苜蓿、茛菪和地下三叶草等。

1979年，Hsu 和Coca-Prados利用电子显微镜第一次观察到RNA可以以环状的形式存在于真核细胞的细胞质中。

1980年，Arnberg等在酵母的线粒体中发现环状RNA。

1993年，科学家在人细胞的转录本中也发现了一些由外显子构成的circRNA。

虽然有多个证据证明环状RNA的存在，但是由于认知和技术手段的局限，环状RNA的研究非常缓慢，一度有声音强烈质疑环状RNA存在的真实性，认为是由于遗传错误或人为干扰所导致。

直到——

2012年，Salzman通过高通量测序技术RNA-Seq首次报道了~80个环状RNA。2013年，Jeck等在人类成纤维细胞中检测出了高达25,000多种circRNA；Memczak等鉴定出1,950种人类circRNA、1,903 种小鼠circRNA （其中81种与人类circRNA 相同）和724种线虫circRNA。

环状RNA的身世之谜

环状RNA的生成经历了传统线性RNA的转录和转录后加工过程，并以其独特的反向剪接（Back-splicing）机制成环。反向剪接区别于经典的选择性剪接（alternative splicing），指的是上游外显子5’端剪接受体与下游外显子3’端剪接供体共价结合，即“头对尾”的剪接方式。

科研界对于环状RNA“反向剪接”的发生提出了多种模型。

a. 套索剪接驱动的成环；通过外显子跳跃，上游外显子3'端剪接供体与下游外显子5'端剪接受体共价结合，随后内含子通过剪接体切除。

b. 内含子配对驱动的成环；内含子1和内含子3通过碱基互补配对成环，随后内含子被切除形成circRNA或保留形成EIciRNA。

c. 单个内含子直接成环；套索内含子通过剪接反应生成。5'剪接位点附近的GU富集序列和分支点附近的C富集序列使得内含子逃避去分支和降解。分支点3'端下游尾巴被切除从而成环。

d. RNA结合蛋白或反式元件驱动的成环。RNA结合蛋白或反式元件将侧翼的两个内含子连接，随后去除其中的内含子从而成环。

环状RNA的生物学特征

闭合环状结构，不具有5’末端和3’末端；

非编码，不能翻译蛋白质，不与多聚核糖体结合；

稳定性高，不易被核酸外切酶RNaseR降解，比线性RNA更稳定；

表达特异性，环状RNA的表达具有组织、时序和疾病特异性  ；

广泛存在，动物（人、小鼠、果蝇、线虫、斑马鱼等）、植物（拟南芥）、真菌（酿酒酵母等）、原生生物（疟原虫等）中的环状RNA存在明显差异。

环状RNA的功能

内源竞争性RNA（ceRNA）或miRNA海绵（miRNA sponge）

2013年，连续两篇Nature杂志同时报道，环状RNA——CDR1as/ciRS-7，在其序列上有超过60个保守的miR-7结合位点，可以大量结合miR-7，从而降低发挥功能的miR-7的数量，间接促进了miR-7靶基因的稳定性。由于环状RNA的高稳定性，使得其发挥miRNA sponge功能的潜力远高于其他RNA分子。

调控来源基因的表达

circRNA可以与RNA结合蛋白相互结合，特别是转录相关因子，如RNA聚合酶II，转录因子等，将其募集到亲本基因，从而影响亲本基因的表达。另有研究表明，环状RNA和线性RNA的转录后加工之间存在竞争关系，影响mRNA的表达。

疾病生物标志物

环状RNA稳定性高，容易进入体液（全血，血清，血浆，脑脊液，尿液等），并且其表达模式具有组织、时空和疾病特异性，使得环状RNA成为有潜力的疾病生物标志物。cANRIL作为INK4A0ARF的反义转录本，其表达与INK4/ARF的转录和心血管硬化疾病风险相关。2015年，研究者发现环状RNA在外泌体中大量富集，并且circ-KLHDC10在结肠癌患者血清中的表达水平显著高于正常人。

读到这里，小伙伴们对环状RNA有了深入认识了吧，接下来我们还会对环状RNA的研究策略，研究手段和数据分析方法进行介绍。请大家持续关注吧。

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