circRNA综述系列|文献阅读1|两篇综述带你全观circRNA的研究进展（一）

研究表明，circRNA广泛表达，超过10%的测试细胞及组织中都具有表达circRNA的能力，已成为前沿研究的热点。综述主要讨论了circRNA的识别、生物合成、潜在的生物学功能，例如miRNA吸附、调控转录本以及干扰mRNA前体剪切，并进一步指出研究中的主要挑战。文章题目为The biogenesis and emerging roles of circularRNAs。

背景：

由于circRNA缺少poly(A) 尾巴导致其在以往的RNA表达研究中极少能被发现，由RNase R处理后的文库可以极大程度的富集circRNAs，同时借助特异的生物信息分析流程在多个物种中获得超过上万条circRNA，包括后生动物如果蝇、蠕虫、小鼠和人类，植物中拟南芥、水稻等，以及其他生物如原生生物、真菌。

circRNAs由于长处于低表达水平，因为在很长的时间里都被认为是惰性的剪切产物。但是近年来的研究表明，在检测的细胞系中，大约有50个基因表达circRNAs的能力高于其线性转录本，同时几十个circRNAs表达具有时空组织特异性，即在某些细胞和组织中具有较高的表达水平。上千条circRNA能够在大脑中积累，并发挥功能，例如参与上皮- 间质转化过程（EMT）佐证了上述观点。

circRNA的生物合成

1.      剪切子依赖的生物合成途径

实验表明，外显子环化效率依赖于外显子附近出现的经典剪切位点，通常反向剪切效率要低于同位置的线性转录本，这可能是由于剪切子在反向剪切位点位置上的组装不利于下游5'端和3'端的连接（FIG 1a），但是这些剪切子如何参与该过程并不明确。

2.      顺式作用元件促进的生物合成途径

大多数的circRNA包含2、3个外显子，这看似除了剪切位点以外没有特定的外显子序列用于反向剪切；此外，同一个基因通过可变剪切能够产生多个circRNA（FIG 1b）,但是需要注意的是反向剪切可能对外显子的最小长度有限制。在这些过程中，环化的外显子侧翼内含子中频繁的出现调控元件，例如形成RNA双链结构将显著增强反向剪切（FIG1b），反向剪切的效率还受到侧翼内含子或包含在内的内含子序列与RNA配对过程竞争的影响（FIG1c）。另外，内含子序列中短的顺式作用元件能够识别RNA结合蛋白（PBRs）从而促进外显子环化。

3.      RNA结合蛋白介导的调控合成途径

除了顺式作用元件，实验表明，过表达RBPs或者在侧翼内含子序列中添加RNA蛋白结合位点能够促进circRNA的表达，例如Mbl（FIG 1d）、QKI（FIG 1e）。同样也存在抑止circRNA表达的蛋白Adenosine deaminase 1 acting on RNA(ADAR1)，主要通过adenosine-to-inosine (A-to-I) 编辑途径减少互补配对、破坏RNApairs来减少反向加剪切过程（FIG1f）。最近的研究表明，黑腹果蝇Laccase 2基因反向剪接过程受内含子重复片段、多种hnRNP（异质核核糖核蛋白（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein））和SR（Ser / Arg）蛋白共同调控。

circRNA的调控功能

1.      miRNA海绵

实验表明，在细胞质中circRNA以竞争性的结合miRNA的方式来调控基因表达。支撑这个模型最好的例子就是ciRS-7 (circular RNA sponge formiR-7)，ciRS-7由人类和小鼠大脑中cerebellar degeneration related 1(CDR1) 基因转录而来(FIG. 2a)，包含超过60个miR-7结合位点。通用在小鼠中，sex-determining region Y (circSRY)包含16个miR-138。但是在研究中人和小鼠circRNA中只有很小的一部分包含miRNA靶位点，这指出大多数circRNA可能不起miRNA海绵的作用。

2.      调控转录

虽然大多数circRNA定位于细胞质中，但是包含内含子的circRNA更可能被限制在人体细胞的细胞核中发挥作用，例如circular intronic RNAs (ciRNAs)通过与延长的Pol II复合物相互作用促进转录过程(FIG. 2b)，或者exon–intron circRNAs(EIciRNAs能够与U1 snRNP (small nuclearribonucleoprotein) 、编码基因的启动子相互互作调控转录(FIG. 2c)。

3.      影响剪切过程

CircRNA通常来自蛋白质编码基因的中间外显子。因此，circRNA的加工可能影响前体mRNA的可变剪接，可能导致基因表达及环化的外显子改变(FIG. 2d)。外显子跳跃是人前mRNA中最常见的可变剪接事件，在理论上，circRNA形成应当与线性mRNA中的外显子跳跃正相关(FIG. 2d)，然而，并非所有跳过的外显子都能产生circRNAs，这表明其他调节因子可能会影响外显子跳跃后的外显子环化过程。

小结及展望

测序手段改善及生物信息的发展已获得了一批circRNA，circRNA的相关研究如火如荼的进行，但关于circRNA生物发生和功能的许多问题仍未得到解决，比如circRNA水平与其相应的mRNA之间的联系、不同细胞类型和组织circRNA的表达与线性转录物的表达关系、circRNA的降解途径、出核机制等都值得研究。尽管如此，普遍存在的circRNA及其潜在功能已经扩展了真核转录本的多样性和复杂性。

转自生信草堂公众号，已授权

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