CircRNA 是通過一個或兩個外顯子的反向剪接產(chǎn)生共價閉合的非編碼RNA分子,由于其特殊的環(huán)狀結構,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技術的發(fā)展,已經(jīng)證明大量的circRNA在哺乳動物組織中表達,因此對circRNA研究成為熱點。
近期一篇發(fā)表在《Nature Reviews Cardiology》上的題為“Circular RNAs open a new chapter in cardiovascular biology”的文章總結了CircRNA在生物學特別強調(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)中的表達及功能,并簡單描述了circRNA作為生物標志物和治療載體的潛在用途。為后期研究CircRNA對心血管疾病的發(fā)展和治療提供新的見解。
文章首先介紹了circRNA生成的機制,如圖1.
圖1 | 示意圖顯示了circRNA生物發(fā)生的三種機制。 在內(nèi)含子配對驅(qū)動的環(huán)化和RNA結合蛋白(RBP)驅(qū)動的環(huán)化中,反向剪接事件(紅色箭頭)通過位于背側(cè)拼接外顯子側(cè)翼的內(nèi)含子中的互補序列的堿基配對或通過RBP引導 識別并??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可以來自內(nèi)含子套索,其在前體mRNA(前mRNA)剪接(藍色箭頭)期間移除內(nèi)含子時形成,或者來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,顯示了由上述機制產(chǎn)生的三種類型的circRNA。
圖2 | circRNA檢測的計算策略。 a | 在基于片段的策略中,RNA測序讀數(shù)被分成片段(~25nt)并映射到參考基因組。 在后拼接點處映射的片段將被保留。 b | 在基于偽參考的策略中,構建了一個引用,其中包含每個基因的所有假定的反向拼接結(通過計算所有外顯子-外顯子邊界組合)。 讀取預測的后拼接點處的地圖被保留。 c | 在基于k聚體的策略中,在每個基因的外顯子邊界(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測序讀數(shù)中那些k聚體的存在,并保留含有相對于參照的無序k聚體的讀數(shù)。
圖3 |檢測和操縱circRNA的實驗方法。 a |環(huán)狀RNA(circRNA)的PCR擴增需要不同的引物(紅色箭頭)。這些引物在線性RNA視角上是不同的,但是在circRNA上會聚。 b |候選circRNA的循環(huán)性質(zhì)可以通過用RNase R處理總RNA來驗證,RNase R降解線性RNA但不降解circRNA。 circRNA的另一個特征是不存在poly(A)尾。通過預先選擇poly(A)+ RNA,可以通過PCR檢測線性RNA,但不檢測circRNA。 c |為了特異性地下調(diào)circRNA,使用針對背面剪接點的小干擾RNA(siRNA)將RNA誘導的沉默復合物(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 |對于circRNA的過表達,使用含有circRNA序列側(cè)翼的互補序列以促進環(huán)化的質(zhì)粒。
圖4 | circRNA功能的機制。 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可通過與細胞核中的RNA聚合酶II(Pol II)機制和小核核糖核蛋白U1(snRNP U1)相互作用來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。 d | circRNA生物發(fā)生通過與線性mRNA剪接競爭影響宿主基因的表達。 e | circRNA可能與翻譯核糖體相關,并且在內(nèi)部核糖體進入位點(IRES)依賴性和帽非依賴性方式中進行翻譯。 前mRNA,前體mRNA。
此外,文章總結了circRNA在正常心臟和心臟疾病以及心血管中的表達及功能。
總結:
circRNA對心血管疾病的發(fā)展和進展貢獻的理解仍處于起步階段,circRNAs作為生物標志物和治療載體具較大潛力,未來幾年更多circRNA在疾病中功能相關作用機制將會被揭示。