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什么是circRNA？有哪些功能？？？
日期：2018-01-02 標簽：什么是circRNA？有哪些功能？？？
CircRNA在真核生物中高度富集，并且在不同發育階段期間顯示出在各種組織中特異性表達的升高序列保守性。CircRNA通過影響轉錄或轉錄水平的基因表達，可以作為miRNA內源性吸附體，基因轉錄和表達調節劑，RBP吸附體和蛋白質/肽翻譯模板。
圖1 circRNA的作用機制
一些circRNA可能具有miRNA反應元件（MRE）并且可以與miRNA相互作用，由于其高表達水平和穩定性，circRNA可以作為競爭性內源RNA（ceRNA）。 CircRNA在miRNA表達水平的調控中發揮重要作用：CircRNA通過與miRNA結合競爭來干擾miRNA的功能，從而阻止miRNA對靶編碼RNA的翻譯后抑制作用，進而調控靶基因的表達水平。 研究表明，circRNA與miRNA結合的能力是其他已知轉錄本的10倍。最具代表性的小腦變性相關蛋白1轉錄物（CDR1as）的circRNA反義序列含有74個選擇性保守的miRNA靶位點，作為miR-7內源性競爭結合RNA，已經證實，circRNA CDR1 / ciRS-7的過表達增加了miRNA靶基因的表達，而敲減它具有相反的作用。 此外，CDR1as可首先與miR-7結合并將其轉運至特定位點，其中miR-671可使其降解并釋放miR-7。這種特性必然會影響ceRNA的功能，因為circRNAs結合和釋放多種miRNA可影響數百種轉錄物。 圖2 circRNA作為microRNA的內源性競爭RNA circRNAs的產生幾乎肯定也在調控選擇性剪接中起作用，這種作用僅僅是由于任何前體RNA的剪接模式是由5'和3'剪接位點的替代配對之間的競爭決定的。 在這種情況下，一旦發生后突，它將去除內部外顯子，并指示剩余的前鏈以另一種方式剪接，或可能被降解。以這種方式，circRNA的產生作為一種過程在調控選擇性剪接中起作用，盡管所得的circRNA可能不是功能性的。已經提出了通過環化可以調節轉錄的機制。 例如，在小鼠中，formin（Fmn）基因對于肢體發育是必不可少的。外顯子circRNA通過包含Fmn編碼序列上游的剪接受體的反拼接從Fmn轉錄產生。敲除小鼠缺乏這種剪接受體沒有檢測到表達的外顯子circRNAs和正常的肢體發育，但具有不完全滲透性腎發育不全表型。 因此，不能從靶向的Fmn基因座產生外顯子的circRNA，似乎會導致formin蛋白的異常表達，盡管動物模型中缺失的5'UTR外顯子可能具有與環化無關的功能。外顯子circRNA的形成通過隔離翻譯起始位點而起到“mRNA陷阱”的作用，留下非編碼線性轉錄物，從而降低了formin蛋白的表達水平。 越來越多的證據表明，circRNA在轉錄后和基因表達調控中起著舉足輕重的作用。結果表明，circIIF3J，circPAIP2等EIciRNA主要定位于核內，與U1小核糖核蛋白顆粒（U1 snRNP）和RNA聚合酶II（Pol II）相互作用，增強其親本基因的轉錄。 此外，圓形內含子RNA（ciRNA）ci-ankrd52與延伸PolII機制有關，并通過大量積累到其轉錄位點來正向調節Pol II轉錄。 敲除ci-ankrd52可以減少其親代基因的表達。 RBPs通過轉錄后調節如RNA選擇性剪接，穩定性，轉運和翻譯參與多種生物活性，如細胞增殖，分化，運動性，凋亡，衰老和對氧化應激的細胞應答。 以前的研究表明，circRNA可以作為RBP海綿與Argonaute（AGO）蛋白，RNA QKI，MBL，Pol II，真核起始因子4A-III（EIF4A3）等形成穩定的結合，形成大的RNA-蛋白復合物（RPC） 。這些RPCs可以調節RBPs或小RNA的庫，然后與襯管RNA相對應。 此外，通過一種新的網絡工具CircInteractome通過分析人類circRNA上的RBP結合位點，發現給定RBP的circRNA的結合位點密度特別高。例如，hsa_circ_0024707作為具有85個預測位置的AGO2的海綿，而成熟的hsa_circ_0000020包含幾個RBP結合位點，如FMRP（10個位點）和HuR（6個位點） 外顯子circRNA也具有一些性質，表明它們可能作為RBP的“支架”，通過結合多個RBP并通過環形RNA轉錄本的潛在增加的穩定性促進穩定的相互作用。它們也可能具有作為序列靶向元件的作用，同時與RBP和與circRNA序列互補的RNA或DNA區域結合。 由于環化的限制，環狀RNA可以采用與相同序列的相關線性分子不同的三級結構，或者可以通過在環狀RNA中結合在一起的序列產生新的蛋白結合位點;這些特征可能導致circRNA能夠結合不同組的蛋白質而不是相關的線性RNA。 圖4 circRNA與RBP結合 一些circRNA可能被翻譯，因為包含內部核糖體進入位點（IRES）允許翻譯工程化的circRNAs53。據推測，一個IRES和ATG的內源性circRNA可以進行翻譯。 已知至少一種天然存在的環狀RNA在哺乳動物細胞中編碼蛋白質：肝炎δ劑3，乙型肝炎病毒的環狀RNA衛星病毒。理論上，在所有3個候選閱讀框中都可以讀取外顯子circRNA，而不會遇到停止（即“M?bius蛋白質”），但是我們還沒有鑒定出具有這種性質的天然存在的外顯子circRNA。 考慮了在人成纖維細胞中產生的許多含ATG的外顯子環RNA的蛋白質編碼潛力，但是迄今為止，我們還沒有能夠鑒別經歷翻譯的自然發生的外顯子環RNA。例如，我們還沒有能夠找到經歷翻譯（即與多核糖體結合）的外顯子circRNA，并且還沒有在質譜數據中鑒定出只能作為外顯子circRNA翻譯結果出現的肽。 據報道，一些含有內部核糖體進入位點元件（IRES）或原核核糖體結合位點的circRNA可以編碼不同于其典型對應物的蛋白質。有一個名為circRNADb的circRNA數據庫，含有32,914個人外顯子的circRNA，可以提供用戶預測某些circRNAs可譯性的circRNA的詳細信息，包括基因組序列，ORF和IRES。 Currently, Yang首等人首先報道了RNA最豐富的堿基修飾的N6-甲基腺苷（m6A）促進了人細胞中circRNA的蛋白翻譯的有效啟動。他們發現共有的m6A基序富含circRNA，而一個單一的m6A位點足以驅動翻譯起始。 m6A驅動的翻譯起始于eIF4G2和m6A閱讀器YTHDF3，并且被甲基轉移酶METTL3/14增強，被去甲基化酶FTO抑制，并且在熱休克時上調。此外，m6A驅動的circRNA翻譯顯示出廣泛和數以百計的內源性circRNA具有翻譯潛力，表明circRNA衍生蛋白在細胞對環境脅迫的反應中起作用。 參考文獻： 1、Yu Zhang,Wei Liang,PengZhang,et al. Circular RNAs: emerging cancer biomarkers andtargets.Journal of Experimental & Clinical Cancer Research,2017,36:152 2、Yiye Shao and Yinghui Chen.Roles of Circular RNAs in Neurologic Disease. Front Mol Neurosci,2016,10.3389 3、Yeping Dong,Dan He,ZhenziPeng,et al. Circular RNAs in cancer: an emerging key player.Journal ofHematology & Oncology,2017,10:2 4、Lesca M. Holdt,AnikaStahringer,Kristina Sass,et al. Circular non-coding RNA ANRIL modulates ribosomalRNA maturation and atherosclerosis in humans.NAT COM,2016,10.1038/ncomms12429 5、William W. Du,Weining Yang,ElizabethLiu,et al. Foxo3 circular RNA retards cell cycle progression via formingternary complexes with p21 and CDK2.Nucleic Acids Research,2016,2846–2858 6、Qiupeng Zheng,Chunyang Bao,WeijieGuo,rt al. Circular RNA profiling reveals an abundant circHIPK3 that regulatescell growth by sponging multiple miRNAs. NAT COM,2016,7:11215
