前 言^[1]

  

作为一类特殊的非编码RNA，环状RNA（circRNA）最初于1976年在植物病毒中被发现。

 

与线性RNA不同，circRNA是由pre-mRNA的共价反向剪接产生的，被认为是线性RNA的副产品。在过去的过去几年，由于缺乏典型的5′帽和3′聚A结构，circRNAs很少被发现、随着高通量测序和circRNA特异性计算工具的出现，circRNA的谜团逐渐被揭开，成为非编码RNA家族中的一个热点。

 

circRNA的基因组^[1]

  

在真核生物中，剪接体通常剪掉mRNA中的内含子，以产生线性的RNA。与这种典型的剪接方式不同，circRNA经历了一种独特的剪接形式，成为反向剪接。即下游的3′剪接位点与上游的5′剪接位点相连。通过3′-5′磷酸二酯键与上游的5′剪接位点相连接，并在此基础上形成一个共价连接的闭环。这一过程受RNA结合蛋白（RBPs）、转录因子、顺式作用元件的调控，在经典剪接和反剪接之间存在着竞争关系。

 

Jeck在2013年提出了两种RNA的回接形成模型：一种叫做套索驱动的环化模型（lariat-driven circularization）另一种叫做内含子配对驱动模型（intron-paring-driven model）。第一个模型是利用在5‘剪接点和分支点附近富集GU的7nt碱基序列和富含C的11nt碱基的序列时，可以诱导内含子形成长链结构避免被分支酶降解。外显子跳过了一个功能性的转录本，并形成一个由跳过外显子和内含子组成的套索中间物。这个套索可以进行二次裂解以释放外显子。在内含子配对驱动的环化模型中，长侧内含子中的直接碱基配对（如ALU重复元素）可以在前mRNA中形成二级结构，这对下游剪接供体的后续连接至关重要。一些研究表明，一些RBPs可以识别并结合在前mRNA上，这对下游剪接供体和上游剪接接受体之间的连接至关重要。

circRNA的特点^[1]

circRNAs大量存在于各种生物体中，如如果蝇、线虫、植物和哺乳动物。包括人类、小鼠和大鼠，circRNAs是高度保守的。据报道，大约9%的心脏表达的基因可以产生circRNAs。最近的一项RNA测序分析显示，心脏中大约30%的circRNAs 。在小鼠和大鼠之间是保守的，大约10%在三个物种之间保守。此外，circRNAs由于其独特的圆形结构，可以避免PNase R酶和其他外核酸酶的降解，并保持稳定的结构。因此，circRNA的半衰期比线性RNA长、其平均半衰期约为mRNA的五倍。此外，circRNA的表达也具有组织特异性、它可以在结肠、心脏、肾脏、肝脏、肺、胃和人体腺体的正常组织中表达。同时，circRNAs的丰度与细胞的增殖能力呈负相关。例如，低增殖细胞如心肌细胞通常有较高的circRNAs表达水平。

circRNA的功能^[2]

 

 

一、circRNAs作为microRNAs的诱饵或海绵

鉴于其主要的细胞质定位和细胞稳定性，许多研究都认为circRNAs可以作为竞争性的内源性RNAs（ceRNAs）。许多研究认为circRNAs可能作为竞争性的内源性RNAs（ceRNAs）发挥作用。最突出的例子是CDR1as/ciRS-7，这是一种源自lncRNA（LINC00632）的circRNA，与CDR1蛋白编码基因（在大多数组织中明显不表达）反义。CDR1as/ciRS-7在哺乳动物大脑中大量表达，在兴奋性神经元中特别富集。除了一个完美的miR-671靶点可以使Ago2裂解外，CDR1as/ciRS-7还藏有74个保守的miR-7结合点。当减少CDR1as/ciRS-7在人类细胞系中的表达时，具有miR-7结合位点的mRNAs的表达也同样减少，这表明这种循环RNA可以作为诱饵。

 

二、circRNAs作为蛋白质的诱饵或海绵

除了与RNA结合，circRNA还可以与蛋白质结合，有些还可以作为诱饵，阻止这些蛋白因子作用于其他地方。这种调节模式的例子是果蝇circMbl。同源基因编码的蛋白质MBL通过与侧翼内含子结合促进circMbl的产生，然后与成熟的circMbl转录本相互作用。当MBL蛋白水平高时，circMbl反向剪接被促进，而牺牲了典型剪接，从而防止了额外的线性Mbl mRNA和MBL蛋白的表达。现有的MBL蛋白可以被成熟的circMbl转录物进一步封存，确保一个有效的负反馈循环。

 

三、circRNAs作为RNA支架

一些circRNA与蛋白质的相互作用并不抑制蛋白质的功能，而是能够形成参与基因调控的复合体（circRNPs）。例如，circFOXO3可以通过与细胞周期蛋白依赖性激酶2（CDK2）和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂相互作用，促进细胞周期的进展。细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1（或p21）来影响CDK2的功能。

 

四、circRNAs作为翻译的模板

除了circRNAs可以发挥多种非编码作用外，最近的工作表明内源性circRNAs的一个子集可以通过与帽无关的翻译机制被翻译成蛋白质。长期以来，人们都知道含有强大的病毒IRESs的工程circRNAs可以被翻译。这样的工程转录物可以很容易地使用表达载体在细胞中产生，在体外使用直接连接方法或通过使用自我复制的内含子。

 

除了以上的一些功能之外，环状RNA与线性RNA在构象、稳定性和免疫原性促使许多人试图开发基于RNA循环的技术。这些包括使用RNA环作为非编码适体与细胞内过程相互作用，调节先天免疫反应，隔离与疾病相关的miRNA和蛋白质，以及用作反义RNA和用于延伸翻译的模板。此外，与疾病相关的环状RNA正在作为治疗靶点和循环circRNA可以作为生物标记物。

 

本文就circRNA的定义、特点和功能进行了简单的介绍。在5号的直播中关于circRNA的研究思路以及在研究中我们应该如何去实现circRNA的调控将进行详细介绍，有需要的老师敬请关注。

公众号底部菜单栏【新功能】上线！

病毒实验帮 

免费在线学习《国自然热点研究》、《数据库及软件操作教程》
一键下载《病毒使用手册》、《高分文献》

还有不定时的送新书、抽奖活动，赶紧来扫码关注一波吧

【参考文献】

1. Ding, C. and Y. Zhou, Insights into circular RNAs: Biogenesis, function and their regulatory roles in cardiovascular disease. J Cell Mol Med, 2023. 27(10): p. 1299-1314.

2.Yang, L., J.E. Wilusz, and L.L. Chen, Biogenesis and Regulatory Roles of Circular RNAs. Annu Rev Cell Dev Biol, 2022. 38: p. 263-289.