Circular RNAs 開(kāi)啟心血管疾病的新篇章

   CircRNA 是通過(guò)一個(gè)或兩個(gè)外顯子的反向剪接產(chǎn)生共價(jià)閉合的非編碼RNA分子，由于其特殊的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，使其不被外切核酸酶降解，因此比線性RNA具有更高的穩(wěn)定性。隨著RNA-seq技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)證明大量的circRNA在哺乳動(dòng)物組織中表達(dá)，因此對(duì)circRNA研究成為熱點(diǎn)。
  近期一篇發(fā)表在《Nature Reviews  Cardiology》上的題為“Circular RNAs open a new chapter in cardiovascular biology”的文章總結(jié)了CircRNA在生物學(xué)特別強(qiáng)調(diào)了心血管系統(tǒng)中的意義。該篇文章首先討論了circRNA的性質(zhì)及形成方式和它們的生物學(xué)功能，隨后介紹了circRNA研究方法，最后討論了circRNA在心血管系統(tǒng)中的表達(dá)及功能，并簡(jiǎn)單描述了circRNA作為生物標(biāo)志物和治療載體的潛在用途。為后期研究CircRNA對(duì)心血管疾病的發(fā)展和治療提供新的見(jiàn)解。
  文章首先介紹了circRNA生成的機(jī)制，如圖1.

圖1 | 示意圖顯示了circRNA生物發(fā)生的三種機(jī)制。 在內(nèi)含子配對(duì)驅(qū)動(dòng)的環(huán)化和RNA結(jié)合蛋白（RBP）驅(qū)動(dòng)的環(huán)化中，反向剪接事件（紅色箭頭）通過(guò)位于背側(cè)拼接外顯子側(cè)翼的內(nèi)含子中的互補(bǔ)序列的堿基配對(duì)或通過(guò)RBP引導(dǎo) 識(shí)別并?？课挥诃h(huán)形外顯子側(cè)翼的內(nèi)含子中的特定基序。 在套索驅(qū)動(dòng)的環(huán)化中，在線性剪接期間形成環(huán)狀RNA（circRNA）。 這些circRNA可以來(lái)自?xún)?nèi)含子套索，其在前體mRNA（前mRNA）剪接（藍(lán)色箭頭）期間移除內(nèi)含子時(shí)形成，或者來(lái)自外顯子跳躍事件期間產(chǎn)生的含外顯子的套索（綠色箭頭）。 在虛線框中，顯示了由上述機(jī)制產(chǎn)生的三種類(lèi)型的circRNA。
   

圖2 | circRNA檢測(cè)的計(jì)算策略。 a | 在基于片段的策略中，RNA測(cè)序讀數(shù)被分成片段（~25nt）并映射到參考基因組。 在后拼接點(diǎn)處映射的片段將被保留。 b | 在基于偽參考的策略中，構(gòu)建了一個(gè)引用，其中包含每個(gè)基因的所有假定的反向拼接結(jié)（通過(guò)計(jì)算所有外顯子-外顯子邊界組合）。 讀取預(yù)測(cè)的后拼接點(diǎn)處的地圖被保留。 c | 在基于k聚體的策略中，在每個(gè)基因的外顯子邊界（外顯子的頭部和尾部）附近提取短序列區(qū)段（k-mers <16nt）。 然后分析RNA測(cè)序讀數(shù)中那些k聚體的存在，并保留含有相對(duì)于參照的無(wú)序k聚體的讀數(shù)。

圖3 |檢測(cè)和操縱circRNA的實(shí)驗(yàn)方法。 a |環(huán)狀RNA（circRNA）的PCR擴(kuò)增需要不同的引物（紅色箭頭）。這些引物在線性RNA視角上是不同的，但是在circRNA上會(huì)聚。 b |候選circRNA的循環(huán)性質(zhì)可以通過(guò)用RNase R處理總RNA來(lái)驗(yàn)證，RNase R降解線性RNA但不降解circRNA。 circRNA的另一個(gè)特征是不存在poly（A）尾。通過(guò)預(yù)先選擇poly（A）+ RNA，可以通過(guò)PCR檢測(cè)線性RNA，但不檢測(cè)circRNA。 c |為了特異性地下調(diào)circRNA，使用針對(duì)背面剪接點(diǎn)的小干擾RNA（siRNA）將RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物（RISC）靶向circRNA，從而觸發(fā)其降解。只有背接合連接處的序列特異于circRNA而不存在于線性轉(zhuǎn)錄物中。 d |對(duì)于circRNA的過(guò)表達(dá)，使用含有circRNA序列側(cè)翼的互補(bǔ)序列以促進(jìn)環(huán)化的質(zhì)粒。

圖4 | circRNA功能的機(jī)制。 a | 環(huán)狀RNA（circRNA）可以作為microRNA（miRNA）海綿起作用并降低miRNA靶向mRNA的能力。 b | circRNA可以作為RNA結(jié)合蛋白（RBP）的支架，以調(diào)節(jié)它們的活性或定位。 c | circRNAs可通過(guò)與細(xì)胞核中的RNA聚合酶II（Pol II）機(jī)制和小核核糖核蛋白U1（snRNP U1）相互作用來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。 d | circRNA生物發(fā)生通過(guò)與線性mRNA剪接競(jìng)爭(zhēng)影響宿主基因的表達(dá)。 e | circRNA可能與翻譯核糖體相關(guān)，并且在內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)（IRES）依賴(lài)性和帽非依賴(lài)性方式中進(jìn)行翻譯。 前mRNA，前體mRNA。
      此外，文章總結(jié)了circRNA在正常心臟和心臟疾病以及心血管中的表達(dá)及功能。
總結(jié):
      circRNA對(duì)心血管疾病的發(fā)展和進(jìn)展貢獻(xiàn)的理解仍處于起步階段，circRNAs作為生物標(biāo)志物和治療載體具較大潛力，未來(lái)幾年更多circRNA在疾病中功能相關(guān)作用機(jī)制將會(huì)被揭示。