CircRNA 是通過一個或兩個外顯子的反向剪接產生共價閉合的非編碼RNA分子,由于其特殊的環狀結構,使其不被外切核酸酶降解,因此比線性RNA具有更高的穩定性。隨著RNA-seq技術的發展,已經證明大量的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在生物學特別強調了心血管系統中的意義。該篇文章首先討論了circRNA的性質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生物發生的三種機制。 在內含子配對驅動的環化和RNA結合蛋白(RBP)驅動的環化中,反向剪接事件(紅色箭頭)通過位于背側拼接外顯子側翼的內含子中的互補序列的堿基配對或通過RBP引導 識別并停靠位于環形外顯子側翼的內含子中的特定基序。 在套索驅動的環化中,在線性剪接期間形成環狀RNA(circRNA)。 這些circRNA可以來自內含子套索,其在前體mRNA(前mRNA)剪接(藍色箭頭)期間移除內含子時形成,或者來自外顯子跳躍事件期間產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)附近提取短序列區段(k-mers <16nt)。 然后分析RNA測序讀數中那些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。
圖3 |檢測和操縱circRNA的實驗方法。 a |環狀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的循環性質可以通過用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而不存在于線性轉錄物中。 d |對于circRNA的過表達,使用含有circRNA序列側翼的互補序列以促進環化的質粒。
圖4 | circRNA功能的機制。 a | 環狀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,以調節它們的活性或定位。 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)相互作用來調節轉錄。 d | circRNA生物發生通過與線性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。