环状RNA研究进展

环状RNA研究进展

刘新红

【摘 要】环状RNA（Circular RNA，circRNA）是一类具有共价闭合环状结构的内源性非编码RNA（Noncoding RNA，ncRNA），主要由前体RNA（Pre-mRNA）通过可变剪切加工产生。circRNA在癌症中发挥重要作用并可能成为新的癌症治疗靶标，功能机制包括作为miRNA的海绵、RNA结合蛋白海绵、基因表达调控和蛋白翻译等。本文重点介绍了circRNA的形成过程、表达情况及其可能的功能机制。 【期刊名称】生物化工 【年(卷),期】2018(004)006 【总页数】3

【关键词】环状RNA；生物发生；功能机制；数据库

过去数十年间，从真核生物中发现的具有功能的非编码RNA种类不断增多。随着高通量测序技术和生物在信息学的发展，环状RNA（Circular RNA，circRNA）作为非编码RNA家族重要成员逐渐走进人们的视野，其生物学特性和调控功能也已成为当前研究的热点。1976年，Sanger等[1]利用电子显微镜在植物感染的类病毒（Viroids）及副流感病毒（Sendai virus）颗粒中首次观察到共价闭合环状RNA分子，这是circRNA的首次发现和命名。随后，研究人员相继在小鼠、猴子、猪、人等物种中发现了circRNA。然而，由于它们丰度低、特征不常见，这些RNA仅仅被当作是异常剪接产物，并没有引起广泛的重视。直到2012年，Salzman J等[2]通过人类小儿急性淋巴细胞白血病样品的RNA测序数据库，发现了circRNA在人类细胞的普遍表达，基于此数据

库发现人体内大约有10万个circRNA，人们才开始重新认识并深入研究这一热点新星。

1 circRNA的形成机制

大部分circRNA起源于蛋白质编码基因的外显子，通常由1～5个外显子组成。根据生物发生的来源不同，circRNA可以分为4种类型，分别是外显子circRNA（ExoniccircRNAs，ecRNAs）、内含子circRNA（IntroniccircRNAs, ciRNAs）外显子-内含子 circRNA（Exon-intron circRNAs，EIciRNAs）、基因间 circRNA（IntergeniccircRNA）[3]。

关于circRNA的生物发生，目前已经提出两种假说，分别是“内含子配对驱动环化”（直接反向剪接）和“套索驱动环化”（外显子跳读），当前主流观点认为反向剪接机制在circRNA的生物发生过程中起重要的调控作用[4]。反向剪接机制过程是下游外显子的3＇端反向与上游外显子5＇端共价连接形成闭合环状结构，经过内含子切除过程形成外显子circRNA或者不经内含子切除过程直接形成外显子-内含子circRNA。外显子跳读机制的过程是，前体mRNA（pre-RNA）经过经典剪接，形成外显子被跳读的线性RNA和被跳读部分形成套索结构，套索结构中内含子被切除形成外显子circRNA或不被切除直接形成外显子-内含子circRNA。以上两种机制既有相似之处，也有各自特异的环节。直接反向剪接和外显子跳读这两种机制第一步是不同的：直接反向剪接是由2个内含子互补配对结合，从而形成环状结构；而外显子跳读则是由外显子组成的剪接供体（Splice donor）和剪接受体（Splice acceptor）共价结合。而在接下来的步骤中，这两种机制的过程基本一致，即剪接体（Splicesome）切除剩余内含子和形成外显子circRNA或不切除剩余内含子形成外显子-内含子

circRNA。

研究表明，部分内含子在经典剪接过程中也会形成套索结构，但这一套索结构会很快在脱支作用下被降解。Zhang等[5]发现，分支点附近11个C富集基序和5＇端剪接位点附近7个GU富集基序这一特殊的核酸序列对于内含子circRNA的生物发生至关重要。这一特殊核酸序列可能特异性的参与内含子circRNA的生物发生，因为它在外显子circRNA和其他类型circRNA的生物发生过程中并不富集。

2 circRNA的生物学功能

随着环境日益恶化、社会发展带来的巨大生活压力，癌症已成为威胁人类健康的第一大杀手。癌症发生最重要的一个原因是细胞内基因组紊乱，基因发生融合，进而产生具有有害功能的融合蛋白。而基因组紊乱的同时，circRNA也发生融了，并进一步促进基因组的紊乱以及有害融合蛋白的产生。深入研究circRNA的生物学功能，就显得尤为迫切。

随着circRNA研究的不断深入，目前普遍认为circRNA在基因表达调控方面具有重要作用，如作为miRNA、蛋白的海绵、转录和转录后调控的转录因子等。最近的发现还显示circRNA可以翻译成一些短肽。 2.1 circRNA作为miRNA的海绵

miRNA是一种约22个核苷酸长的非编码RNA，通过特异结合靶标基因非编码区，进而对靶标基因进行转录后调控。Salmena L等[6]2011年提出竞争性内源RNA（ceRNA）假说，认为mRNA、假基因和lncRNA之间通过miRNA反应元件构建一个大规模的调控网络，其中lncRNA可以作为miRNA的海绵发挥作用。与其他ceRNA相比，circRNA具有更好的miRNA亲和力，