環(huán)狀RNA研究進展環(huán)狀RNA研究進展【非編碼RNA】環(huán)狀RNA課件ncRNA研究的興起ncRNA研究的興起非編碼RNACircularRNA非編碼RNACircularRNA環(huán)狀RNA環(huán)狀RNA(CircularRNA,circRNA)是一種呈封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)的非編碼RNA分子，不具有傳統(tǒng)線性RNA的5'和3'末端。環(huán)狀RNA環(huán)狀RNA(CircularRNA,circ環(huán)狀RNA的研究歷程

20世紀(jì)70年代，研究者發(fā)現(xiàn)擬病毒的遺傳信息是一種環(huán)狀單鏈RNA。它的侵染對象是植物病毒，包括馬鈴薯，絨毛煙、苜蓿、茛菪和地下三葉草等。

1979年，Hsu和Coca-Prados利用電子顯微鏡第一次觀察到RNA可以以環(huán)狀的形式存在于真核細胞的細胞質(zhì)中。

1980年，Arnberg等在酵母的線粒體中發(fā)現(xiàn)環(huán)狀RNA。

1993年，科學(xué)家在人細胞的轉(zhuǎn)錄本中也發(fā)現(xiàn)了一些由外顯子構(gòu)成的circRNA。環(huán)狀RNA的研究歷程20世紀(jì)70年代，研究者發(fā)現(xiàn)然而隨著測序技術(shù)的進步，使得生物學(xué)家們累積了大量的RNA序列數(shù)據(jù)集，其中一些來自無尾巴的RNA。2012年，斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的分子生物學(xué)家JuliaSalzman和同事們報道稱在尋找用傳統(tǒng)方法可能忽視的RNA過程中，發(fā)現(xiàn)了過量的環(huán)狀人類RNAs。當(dāng)Rajewsky和同事們挖掘環(huán)狀RNA分子的數(shù)據(jù)庫時，他們在線蟲、小鼠和人類中發(fā)現(xiàn)了成千上萬的環(huán)狀RNAs。（CircularRNAsarethepredominanttranscriptisoformfromhundredsofhumangenesindiversecelltypes.SalzmanJ,GawadC,WangPL,LacayoN,BrownPO.PLoSOne.2012;7(2):e30733.doi:10.1371/journal.pone.0030733.）然而隨著測序技術(shù)的進步，使得生物學(xué)家們累積了大量的RNA序列丹麥奧胡斯大學(xué)的HansenTB和KjemsJ領(lǐng)導(dǎo)的另一個獨立研究小組完成了第二篇Nature論文研究。這兩篇論文都將焦點放在了由大約1500個核苷酸構(gòu)成的一個環(huán)狀大RNA上，它表達于小鼠和人類的大腦中。研究人員發(fā)現(xiàn)它包含了70個miR-7的結(jié)合位點。MicroRNAs是一些通過結(jié)合和阻止mRNA翻譯阻斷基因表達的短片段RNA。一直以來人們知道，MiR-7的靶標(biāo)與癌癥和帕金森氏病存在著關(guān)聯(lián)。（CircularRNAandmiR-7incancer.HansenTB,KjemsJ,DamgaardCK.CancerRes.2013Sep15;73(18):5609-12.）（NaturalRNAcirclesfunctionasefficientmicroRNAsponges.HansenTB,JensenTI,ClausenBH,BramsenJB,FinsenB,DamgaardCK,KjemsJ.Nature.2013Mar21;495(7441):384-8.）丹麥奧胡斯大學(xué)的HansenTB和KjemsJ領(lǐng)導(dǎo)的另雖然有多個證據(jù)證明環(huán)狀RNA的存在，但是由于認知和技術(shù)手段的局限，環(huán)狀RNA的研究非常緩慢，一度有聲音強烈質(zhì)疑環(huán)狀RNA存在的真實性，認為是由于遺傳錯誤或人為干擾所導(dǎo)致。直到-----2012年，Salzman通過高通量測序技術(shù)RNA-Seq首次報道了~80個環(huán)狀RNA。2013年，Jeck等在人類成纖維細胞中檢測出了高達25,000多種circRNA；Memczak等鑒定出1,950種人類circRNA、1,903種小鼠circRNA（其中81種與人類circRNA相同）和724種線蟲circRNA。雖然有多個證據(jù)證明環(huán)狀RNA的存在，但是由于在生物信息學(xué)、生化分析和深度測序的幫助下，研究者們對神秘的環(huán)狀RNA有了空前的認識。越來越多的證據(jù)表明，環(huán)狀RNA具有重要的生物學(xué)意義，而且它們的功能不同于線性RNA。2013年Nature雜志發(fā)表的兩項研究顯示，環(huán)狀RNA可以起到microRNA海綿的作用，可以結(jié)合并抑制microRNA的活性，進而調(diào)控microRNA的靶標(biāo)發(fā)揮作用。（CircularRNAsarealargeclassofanimalRNAswithregulatorypotency.Nature.Yearpublished:(2013)DOI:doi:10.1038/nature11928）；（aturalRNAcirclesfunctionasefficientmicroRNAsponges.NatureYearpublished:(2013)DOI:doi:10.1038/nature11993）在生物信息學(xué)、生化分析和深度測序的幫助下，研究者們對神秘的環(huán)這一發(fā)現(xiàn)再次提醒人們：RNA并不僅僅是DNA與編碼蛋白之間的一個平凡信使。在過去的20年里，研究人員發(fā)現(xiàn)了大量的非常規(guī)RNA。一些長度意想不到的短，一些則長到令人感到驚訝，而另一些則顛覆常規(guī)具有阻止其他RNA鏈翻譯形成蛋白質(zhì)的功能。幾乎所有的RNA都是線性的，為數(shù)不多的關(guān)于植物和動物中的環(huán)狀RNAs的記述，也被當(dāng)做遺傳意外或?qū)嶒炄藶橐蛩囟獾胶鲆?。事實上，線性RNAs的優(yōu)勢有可能一直是假象。經(jīng)典的RNA測序方法只能分離具有特征性分子“尾巴”的那些分子。環(huán)狀RNAs的末端連接在一起，缺乏這些尾巴，因此被普遍忽略掉。這一發(fā)現(xiàn)再次提醒人們：RNA并不僅僅是DNA與編碼蛋白之間的Hansen研究小組發(fā)現(xiàn)這一環(huán)狀RNA的表達阻斷了miR-7。它使得miR-7活性受到抑制，miR-7靶基因表達增高，研究人員推測這是因為這一RNA環(huán)捕獲和失活了miR-7。Rajewsky研究小組證實，在斑馬魚中表達這一環(huán)狀RNA或敲除miR-7可以改變大腦發(fā)育。Rajewsky認為，環(huán)狀RNAs也可能是細胞外microRNA的海綿。一些有可能具有病毒microRNAs的結(jié)合位點，從而破壞了免疫應(yīng)答。Rajewsky猜測，環(huán)狀RNA可能甚至與RNA結(jié)合蛋白發(fā)揮了互作。Salzman表示同意：“它們數(shù)量如此的豐富，可能扮演了多種功能角色?！盚ansen研究小組發(fā)現(xiàn)這一環(huán)狀RNA的表達阻斷了miR-72013年我國陳玲玲研究員和楊力研究員合作，發(fā)現(xiàn)了來源于基因內(nèi)含子區(qū)域的環(huán)形RNA新分子。他們在MolecularCell雜志上揭示了這種環(huán)狀RNA（ciRNA）的成環(huán)機制及其在基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控中的重要功能。研究表明，部分ciRNA定位在轉(zhuǎn)錄位點附近，通過與RNA轉(zhuǎn)錄聚合酶Ⅱ復(fù)合物互相作用，順式調(diào)節(jié)其本位基因的表達水平。2014年09月陳玲玲和楊力的研究團隊在Cell雜志上發(fā)表文章指出，是內(nèi)含子的互補序列介導(dǎo)了外顯子環(huán)化。環(huán)狀RNA的生成機制主要有兩種模型：套索驅(qū)動的環(huán)化和內(nèi)含子配對驅(qū)動的環(huán)化。這項研究為內(nèi)含子配對驅(qū)動環(huán)化提供了有力支持，證實是內(nèi)含子的互補序列介導(dǎo)了外顯子環(huán)化，生成的選擇性環(huán)化產(chǎn)物進一步擴大了哺乳動物轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的復(fù)雜性。2013年我國陳玲玲研究員和楊力研究員合作，發(fā)現(xiàn)了來源于基因2015年2月中國科技大學(xué)、華中師范大學(xué)等處的研究人員鑒定了一類與RNA聚合酶Ⅱ相關(guān)的環(huán)狀RNA，并將其命名為EIciRNA。他們在NatureStructural&MolecularBiology雜志上發(fā)表了自己的研究結(jié)果，展示了這些EIciRNA對細胞核中轉(zhuǎn)錄過程的調(diào)控。2015年4月，德國MaxDelbrück分子醫(yī)學(xué)中心的研究團隊全面分析了哺乳動物大腦內(nèi)的環(huán)狀RNA。他們在大腦不同區(qū)域、原代神經(jīng)元、分離的突觸、以及神經(jīng)元分化過程中進行了RNA測序。這項發(fā)表在MolecularCell雜志上的研究表明，環(huán)狀RNA在哺乳動物大腦中豐度很高、相當(dāng)保守而且存在動態(tài)表達。2015年2月中國科技大學(xué)、華中師范大學(xué)等處的研究人員鑒定了【非編碼RNA】環(huán)狀RNA課件2016年環(huán)狀RNA研究2016年環(huán)狀RNA研究環(huán)狀RNA功能研究ManythousandsofCircularRNAs(circRNAs)haverecentlybeenidentifiedinmetazoangenomesbytranscriptome-widesequencing.MostcircRNAsaregeneratedbyback-splicingeventsfromexonsofprotein-codinggenes.Agreatdealofprogresshasrecentlybeenmadeinunderstandingthegenome-wideexpressionpatterns,biogenesis,andregulationofcircRNAs.（EmergingFunctionsofCircularRNAs.Cortés-LópezM,MiuraP.YaleJBiolMed.2016Dec23;89(4):527-537.Review.）環(huán)狀RNA功能研究ManythousandsofCirTodate,however,fewfunctionsofcircRNAshavebeenidentified.CircRNAsarepreferentiallyexpressedinneuraltissuesandsomearefoundatsynapses,suggestingpossiblefunctionsinthenervoussystem.circRNAsfunction：1、microRNA“sponges”tocounteractmicroRNAmediatedrepressionofmRNA.2、proteinsequestration,3、transcriptionalregulation,4、potentialfunctionsincancer.Todate,however,fewfunction【非編碼RNA】環(huán)狀RNA課件【非編碼RNA】環(huán)狀RNA課件1、MultiplerecentstudieshaveuncoveredcellularconditionsandstressesthatcanmodulatecircRNAexpressionlevels.specificfactorsinvolvedincircRNAbiogenesisandregulation.2、circRNAsmighthavefunctionsrelatedtothemesenchymalphenotype.3、CircRNAsaredynamicallyexpressedduringdevelopment.4、CircRNAsappeartoberegulatedinresponsetoaging.5、Additionalstresseventssuchashighversuslowtemperature,andoxidativestresscanregulatecircRNAs1、MultiplerecentstudieshaveFactorsRegulatingCircRNABiogenesisdirectback-splicingexon-skippinglariat-precursorStableintroniclariatstissue-specifictrans-factorsthatcanregulatecircRNAbiogenesisorstability.RNAbindingproteins(RBPs)；Muscleblind(MBL)isanotherrecentlyuncoveredregulatorofcircRNAbiogenesis；RNApolIIFactorsRegulatingCircRNABioFunctionsofCircRNAs1、CompetitionwithLinearSplicing2、MicroRNASponges3、SequesteringProteins4、SomeofthecircRNAsarisingfromlariatprecursorshavebeendescribedaspossibleinteractingpartnerswithRBPs5、EIciRNAscanfunctionasregulatorsoftranscription.6、classofcircRNAshavebeendubbedfusion-circRNAs(f-circRNAs)(Figure4D).Theseoriginatefromcancer-associatedchromosomaltranslocations.FunctionsofCircRNAs1、Competi【非編碼RNA】環(huán)狀RNA課件環(huán)狀RNA“反向剪接”的發(fā)生模型：

a.套索剪接驅(qū)動的成環(huán)；通過外顯子跳躍，上游外顯子3'端剪接供體與下游外顯子5'端剪接受體共價結(jié)合，隨后內(nèi)含子通過剪接體切除。

b.內(nèi)含子配對驅(qū)動的成環(huán)；內(nèi)含子1和內(nèi)含子3通過堿基互補配對成環(huán)，隨后內(nèi)含子被切除形成circRNA或保留形成EIciRNA。

c.單個內(nèi)含子直接成環(huán)；套索內(nèi)含子通過剪接反應(yīng)生成。5'剪接位點附近的GU富集序列和分支點附近的C富集序列使得內(nèi)含子逃避去分支和降解。分支點3'端下游尾巴被切除從而成環(huán)。

d.RNA結(jié)合蛋白或反式元件驅(qū)動的成環(huán)。RNA結(jié)合蛋白或反式元件將側(cè)翼的兩個內(nèi)含子連接，隨后去除其中的內(nèi)含子從而成環(huán)。環(huán)狀RNA“反向剪接”的發(fā)生模型：a.套索剪接【非編碼RNA】環(huán)狀RNA課件環(huán)狀RNA的生物學(xué)特征閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，不具有5’末端和3’末端；非編碼，不能翻譯蛋白質(zhì)，不與多聚核糖體結(jié)合；穩(wěn)定性高，不易被核酸外切酶RNaseR降解，比線性RNA更穩(wěn)定；表達特異性，環(huán)狀RNA的表達具有組織、時序和疾病特異性；廣泛存在，動物（人、小鼠、果蠅、線蟲、斑馬魚等）、植物（擬南芥）、真菌（釀酒酵母等）、原生生物（瘧原蟲等）中的環(huán)狀RNA存在明顯差異。環(huán)狀RNA的生物學(xué)特征閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，不具有5’末端和3’末端環(huán)狀RNA的功能環(huán)狀RNA的功能競爭性內(nèi)源RNA（ceRNA）或miRNA海綿（miRNAsponge）

2013年，連續(xù)兩篇Nature雜志同時報道，環(huán)狀RNA——CDR1as/ciRS-7，在其序列上有超過60個保守的miR-7結(jié)合位點，可以大量結(jié)合miR-7，從而降低發(fā)揮功能的miR-7的數(shù)量，間接促進了miR-7靶基因的穩(wěn)定性。由于環(huán)狀RNA的高穩(wěn)定性，使得其發(fā)揮miRNAsponge功能的潛力遠高于其他RNA分子。競爭性內(nèi)源RNA（ceRNA）或miRNA海綿（miRNA調(diào)控來源基因的表達

circRNA可以與RNA結(jié)合蛋白相互結(jié)合，特別是轉(zhuǎn)錄相關(guān)因子，如RNA聚合酶II，轉(zhuǎn)錄因子等，將其募集到親本基因，從而影響親本基因的表達。另有研究表明，環(huán)狀RNA和線性RNA的轉(zhuǎn)錄后加工之間存在競爭關(guān)系，影響mRNA的表達。調(diào)控來源基因的表達circRNA可以與RNA結(jié)合疾病生物標(biāo)志物環(huán)狀RNA穩(wěn)定性高，容易進入體液（全血，血清，血漿，腦脊液，尿液等），并且其表達模式具有組織、時空和疾病特異性，使得環(huán)狀RNA成為有潛力的疾病生物標(biāo)志物。cANRIL作為INK4A0ARF的反義轉(zhuǎn)錄本，其表達與INK4/ARF的轉(zhuǎn)錄和心血管硬化疾病風(fēng)險相關(guān)。2015年，研究者發(fā)現(xiàn)環(huán)狀RNA在外泌體中大量富集，并且circ-KLHDC10在結(jié)腸癌患者血清中的表達水平顯著高于正常人。疾病生物標(biāo)志物環(huán)狀RNA穩(wěn)定性高，容易進入體液（【非編碼RNA】環(huán)狀RNA課件【非編碼RNA】環(huán)狀RNA課件【非編碼RNA】環(huán)狀RNA課件【非編碼RNA】環(huán)狀RNA課件外泌體與環(huán)形RNA外泌體與環(huán)形RNA

2013年，發(fā)現(xiàn)細胞囊泡運輸調(diào)節(jié)機制的科學(xué)家們，榮獲了當(dāng)年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。作為人體內(nèi)一類重要囊泡，外泌體（exosomes）已成為科研熱點。環(huán)狀RNA是最新發(fā)現(xiàn)的一類廣泛存在的非編碼RNA類型，其抗RNA外切酶的能力尤為突出。大量證據(jù)表明核酸和蛋白質(zhì)分子存在于外泌體中，受外泌體介導(dǎo)在細胞間進行傳遞。但是環(huán)狀RNA與外泌體之間的聯(lián)系尚處于空白。最新的Cellresearch報道了復(fù)旦大學(xué)腫瘤研究所黃勝林及何祥火課題組首次發(fā)現(xiàn)了exosomes內(nèi)含有大量circRNA。研究人員收集了MHCC-LM3肝癌細胞培養(yǎng)上清中的exosomes，利用高通量測序（RNA-seq）分別檢測細胞和exosomes中的環(huán)狀RNA，通過SRPBM(splicedreadsperbillionmapping)計算環(huán)狀RNA特異性回切位點，數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示癌細胞和exosomes中分別含有5,484和6,751個circRNAs。2013年，發(fā)現(xiàn)細胞囊泡運輸調(diào)節(jié)機制的科學(xué)家們，大量文獻表明miRNA在exosomes富集，研究人員進一步對exosomes中的circRNA與miRNA之間的關(guān)系進行探索。環(huán)狀RNA——CDR1as可以作為miR-7海綿發(fā)揮作用，研究人員轉(zhuǎn)染miR-7mimics并檢測CDR1as在細胞和exosomes中的豐度。結(jié)果顯示miR-7顯著下調(diào)exosomes中CDR1as的豐度，但在細胞中作用不顯著，表明exosomes對circRNA有一定的分選功能。血清中含有大量exosomes，研究人員對人血清exosomes進行RNA-seq檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，血清來源的exosomes中含有1,215個circRNAs，其中90%以上的circRNA含有外顯子序列。大量文獻表明miRNA在exosomes富腫瘤和正常血清來源的exosomes中circRNAs是否有差異成為一個非常有趣的課題。研究人員隨后將人肝癌細胞MHCC-LM3移植到小鼠模型，分別檢測腫瘤移植小鼠和對照小鼠血清來源的exosomes，qPCR結(jié)果顯示circ-CDYL在腫瘤移植小鼠中的表達水平顯著高于對照小鼠。進一步，研究人員對結(jié)腸癌患者和正常人血清exosomes中的circRNA進行