四张图揭示环状RNAs的特性、细胞作用和潜在应用

环状RNAs（circular RNAs）是一类非编码RNA分子，缩写circRNAs只是非常特殊的一类环状RNAs。大部分环状RNAs通过前体mRNAs的外显子绳端织结（back-splicing）方式而形成。最新技术已经部分克服了环状RNAs结构和与线性同源mRNAs序列重合问题，以更好了解他们的细胞作用。取决于他们的定位以及与DNA、RNA、蛋白质的特定互作，环状RNAs能够调节转录和剪接，调控细胞质内mRNAs的稳定性和翻译，干预信号通路以及在不同生物、生理病理条件下充当翻译模板。近来应用研究（RNA环干预细胞过程，调节免疫反应和直接翻译成蛋白质）为生物医学研究带来了新的启示。本次将从中国科学院上海生命科学研究院陈玲玲老师最新发表的Cell综述论文（Circular RNAs: Characterization, cellular roles, and applications）的四张图出发，介绍环状RNAs研究方法以及讨论当前他们的调控作用和潜在应用。

首先，第一张图（图1）主要介绍环状RNAs的注释和功能分类。一般而言，剪接（splicing）方式产生线性RNA，绳端织结（back-splicing）方式才产生环状RNAs，并且环状RNAs的表达丰度普遍低于线性同源mRNAs（图1A）。在RNA-seq之前，采用生物化学方法进行环状RNAs的转录组学（图1B）。长阅读和短阅读序列需要映射到BSJ（back-splicing junction site）位点随机肽序列的RNA-seq读段来检测circRNAs（图1C）。通常，通过生物实验（例如RT-PCR和桑格测序技术、Northern blot）来验证circRNA候选集（图1D）。了解circRNAs的亚细胞定位和丰度对于解析它们的细胞作用至关重要（图1E）。弄清楚circRNAs的编码和非编码功能对于阐述它们的调控功能至关重要（图1F）。环状RNAs的结构可以通过化学探针方法来确定，表示为circSHAPE-MaP（图1G）. 反义寡核苷酸可以用来识别circRNA中包含BSJ的序列，体外合成的RNA环可以作为引物来识别circRNA互作蛋白（图1H）。

图1 环状RNAs的注释和功能分类

其次，图2主要描述了环状RNAs的细胞作用，包括调节转录、调控剪接、吸附MBL蛋白质、抑制cGAS介导的应答、抑制PKR激活、形成环状RNA-蛋白质复合物、吸附miRNAs、与mRNAs互作、与mRNAs竞争性结合蛋白质。

图2 环状RNAs的细胞作用

图3主要介绍circRNA的翻译形式和功能，包括IRES介导的非帽依赖性翻译、m⁶A介导的非帽依赖性翻译、CircFGFR1p从circFGFR1翻译而来（通过负效应模式与FGFR1互作，在热休克过程中抑制细胞增殖）、CircARHGAP35能够编码ARHGAP35蛋白。

图3 可翻译的circRNAs

最后，图4主要介绍基于环状RNA的生物医学应用，包括可以充当RNA适配体、miRNAs海绵、蛋白质海绵、反义环状RNAs、固有免疫响应的助推器、固有免疫响应的抑制剂、具有翻译功能的RNA环、病理靶标和生物标志物。

图4 基于环状RNA的生物医学应用

后话

在过去10年，circRNAs研究领域是机遇与挑战并存。目前研究已经证实，至少有一些表达丰度高的circRNAs在细胞核和细胞质内能调控基因，并且扮演重要的细胞作用，其误调控与病理相关。但是，需要注意的是，许多低表达丰度circRNAs可以是剪接体的副产物，因而很少具有潜在功能。未来，解决circRNAs在人类生长发育和疾病中的生理和病理作用仍然是至关重要。环状RNAs的附加作用将会被揭示，并且基于环状RNA的应用将有利于生物医学研究和临床治疗范式。

参考文献

[1] Liu CX, Chen LL. Circular RNAs: Characterization, cellular roles, and applications. Cell. 2022;185(12):2016-2034. doi:10.1016/j.cell.2022.04.021

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