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环状RNA生物学及其与疾病关系

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[收稿日期]2018-09-20[作者单位]蚌埠医学院,安徽蚌埠233030[作者简介]张摇瑶(1993-),女,硕士研究生.[通信作者]钱中清,博士,硕士研究生导师,教授.E鄄mail:qzq7778@hotmail.com

[文章编号]1000鄄2200(2018)10鄄1301鄄05·述摇评·环状RNA生物学及其与疾病关系

张摇瑶,钱中清[关键词]环状RNA;生物学;病毒[中图法分类号]Q523摇摇摇[文献标志码]A摇摇摇DOI:10.13898/j.cnki.issn.1000鄄2200.2018.10.009

摇摇环状RNA(circularRNA,circRNA)是一种不具有5忆末端帽子和3忆末端尾巴的内源性非编码RNA(noncodingRNA,ncRNA)[1]。circRNA是继微小

RNA(microRNA,miRNA)及长链非编码RNA(longnoncodingRNA,lncRNA)后RNA家族又一新

的研究热点。circRNA最早在1976年发现于仙台病毒(Sen鄄

daivirus)中[2]。随后,在真核细胞细胞质、酵母线

粒体和人体细胞转录本中均发现存在有cir鄄cRNA[3-5]。虽然在真核细胞中发现circRNA,至今

已有几十年时间,但它一直被认为是由外显子转录本剪接错误得到的产物,因而始终没有受到重视[6]。近年来,由于高通量测序技术和生物信息学

技术的飞速发展,使得大规模分析转录组数据成为可能,大量circRNA得以逐步被发现,circRNA也重回生物科学研究的前沿[6]。

1摇circRNA的来源和产生机制摇摇在RNA转录后加工过程中,选择性剪接是RNA成熟的关键步骤。这一步骤除了产生线性RNA外,还可以产生套索内含子(lariatintron)、Y结

构内含子(Y鄄structureintron)和circRNA[7]。与一般线性RNA的经典剪接方式不同,circRNA的产生方式包括外显子环化和内含子环化两种方式。其中,由外显子环化产生的环状外显子RNA(circularex鄄onicRNA)主要存在于细胞质中,由pre鄄mRNA经特

殊的反向剪接产生。2013年,JECK等[1]首次提出外显子来源circRNA两种的产生模型:模型1定义为套索驱动的环化(lariat鄄drivencircularization),模型2定义为内含子配对驱动的环化(intron鄄pairing鄄drivencircularization)。在模型1中,由于外显子跳

读(Exonskipping),致使下游外显子剪接供体(splicedonor,SD)的3忆端连接到上游外显子剪接受

体(spliceacceptor,SA)的5忆端,形成套索,套索结构拉近了剪切位点,而后切除内含子,形成由两个外显子组成的circRNA[8];在模型2中,则是依赖pre鄄mRNA中临近的两个内含子之间存在的反向互补序

列,通过内含子的碱基配对形成环状套索,拉近剪切位点,进而切除内含子,最后形成circRNA。ciRNA主要存在于细胞核中,circRNA在细胞核形成后可经核孔复合体(nuclearporecomplex,NPC)运输至细胞质并稳定存在。另外,RNA结合蛋白(RNAbind鄄ingprotein,RBP)也可调控circRNA的形成。例如

盲肌(muscleblind,MBLorMBNL1)蛋白可以结合到circMbl的侧翼内含子上,并将两侧的内含子拉近,

引发circRNA的形成[9]。在某些组织中,内含子亦可独立环化形成环状内含子RNA(circularintronicRNA,ciRNA)。有研究者发现还存在既含有外显子又含有内含子的环状RNA,称之为外显子鄄内含子环状RNA(exon鄄intron

circRNA,EIciRNA),EIciRNA的发生机制目前尚不

明确[10]。

2摇circRNA的生物学特征摇摇随着相关研究的不断深入,circRNA的诸多特征逐步得到认识,其中受到公认且较为重要的包括以下几点:(1)circRNA广泛、大量存在于真核细胞且种类繁多,但不同细胞中circRNA的丰度不同。2012年,SALZMAN等[11]

的研究表明,数以百计的

人类基因可以表达circRNA;2013年,JECK等[1]在人类成纤维细胞中检测到高达25000多种cir鄄cRNA。此外,在古生菌细胞中也发现有大量cir鄄

cRNA的存在[12]。研究发现,大部分circRNA的丰

度比同一基因来源的线性转录本丰度低,但部分circRNA的表达量却比同一基因来源的线性转录本

更丰富,一些基因circRNA的表达量至少是其线性转录本的10倍甚至20倍以上[1,13]。(2)circRNA

1031蚌埠医学院学报2018年10月第43卷第10期呈闭合环状结构,缺乏线性RNA的5忆和3忆游离末端,因此不易被核酸外切酶R(RibonucleaseR,RNaseR)降解,与线性RNA相比更稳定。(3)多数circRNA在不同物种间具有高度的保守性,仅少数circRNA在进化上不保守[14]。JECK等[1]在人类成纤维细胞中发现的2121种circRNA能与小鼠基因组匹配,其中457个被匹配的小鼠基因能产生相同的circRNA。2013年,MEMCZAK等[15]通过RNA鄄seq技术鉴定出1950种人类circRNA和1903种小鼠circRNA,其中81种小鼠circRNA与人类cir鄄cRNA相同。(4)circRNA的表达具有时空特异性。MEMCZAK等证实CDR1as在脑组织中表达较高,而在非神经组织中表达量则较低[15]。3摇circRNA的生物学功能circRNA与众不同的生物学特征提示可能具有重要的生物学功能。近年的研究结果也表明,circRNA不仅在真核细胞中大量稳定存在,其在基因表达过程中确实发挥了重要的调控作用。3.1摇miRNA“海绵冶作用摇circRNA在真核细胞中广泛存在,拥有多个miRNA串联结合位点,类似miRNA海绵(miRNAsponge),可竞争性结合miR鄄NA,充当细胞内竞争性内源性RNA(competingen鄄dogenousRNA,ceRNA),调控miRNA功能和相关基因的表达[16]。2011年,HANSEN等[17]首次发现,小鼠和人类脑中的小脑变性相关蛋白1(cerebellardegeneration鄄relatedprotein1,CDR1)基因可表达一种环状天然反义转录产物(naturalantisensetranscript,NAT),称为小脑变性相关蛋白1反义转录物(antisensetothecerebellardegeneration鄄relatedprotein1transcript,CDR1as)。与一般的NAT通过碱基互补配对直接调控正义转录物的作用方式不同,CDR1as不能被RNA介导的沉默复合体(RNA鄄inducedsilencingcomplexes,RISC)所降解,但可以与miRNA结合,作为miRNA“海绵冶负向调控miR鄄7的活性。因此,CDR1as又被称为miR鄄7的环状RNA海绵(circularRNAspongeformiR鄄7,ciRS鄄7)。CDR1as含有74个miR鄄7的miRNA应答元件(miRNAresponseele鄄ment,MRE),可通过“吸附冶作用充当miRNA的抑制剂,其负调控作用明显强于线性RNA分子“海绵冶[18]。当CDR1as高表达时,由于它能有效地大量结合miR鄄7,从而抑制miR鄄7活性,导致miR鄄7靶基因的表达水平增加。当CDR1as低表达时,它对miR鄄7活性的抑制作用降低,导致miR鄄7靶基因的表达水平也随之降低。在斑马鱼中,CDR1as过表达与敲减miR鄄7的效果是一样的,都能导致斑马鱼中脑容量减小,损伤斑马鱼中脑的发育[19]。此研究进

一步证实,CDR1as具有较强的miR鄄7分子“海绵冶作用。miRNA“海绵冶作用可能是circRNA的一种普

遍性生物学功能。Y染色体性别决定区(sex鄄deter鄄miningregionY,SRY)基因仅由一个外显子组成,在

发育过程的早期,其转录物是以线性RNA分子形式存在,进而指导蛋白质翻译。但在成年睾丸中,其RNA主要以环状形式存在于细胞质中,且不具备翻

译功能[20]。进一步研究发现,SRY基因的环状转录物具有与CDR1as类似的功能,该circRNA含有miR鄄138的16个MRE,具有miR鄄138“海绵冶的功

能,可抑制miR鄄138的活性,进而调控miR鄄138靶基因的表达水平[21]。3.2摇调节pre鄄mRNA的剪接摇circRNA可直接与蛋

白质结合,也可通过RNA介导间接与蛋白质发生关联,进而影响蛋白质功能。ASHWAL鄄FLUSS等[9]研究发现,剪接因子蛋白MBL(thesplicingfactormus鄄cleblind)不仅可促使circMbl的形成,同时,circMbl

上亦具有MBL结合位点,可与MBL紧密结合,从而降低MBL的有效浓度,减少circMbl的生成。此外,分别提高果蝇和人细胞内的线性剪接,circRNA的生成量就会相应减少,这提示我们,pre鄄mRNA的环化可能与其线性剪接相互竞争,使环化与线性剪接达到一个平衡状态。以上都说明circRNA可以调节pre鄄mRNA的剪接,进而影响蛋白质的合成。

3.3摇顺式调控亲本基因表达摇有研究发现,某些ElciRNA、ciRNA可顺式调控亲本基因的表达。由于ElciRNA、ciRNA包含很少的miRNA结合位点,且这

些结合位点比较分散,故它们可能缺乏外显子cir鄄cRNA所具有的miRNA“海绵冶作用,但其却具有正

调控RNA聚合酶域转录物活性的功能。例如,EIciRNA通过与U1核小RNA(U1snRNA)的RNA鄄

RNA相互作用,促进U1核小核糖核蛋白(U1snRNP)与RNA聚合酶域的结合,从而提高亲本基

因的转录[10]。来源于锚蛋白重复结构域52(ankyrinrepeatdomain52,ankrd52)基因第二个内含

子的ciRNA(ciRNAderivedfromintronofANKRD52,ci鄄ankrd52)能与RNApol域复合体相互

作用并影响该酶活性,从而上调亲本基因ankrd52mRNA的表达。由此推测,外显子circRNA在细胞

2031JBengbuMedColl,October2018,Vol.43,No.10

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环状RNA在法医学中的应用

环状RNA在法医学中的应用

ｏｎｅ ｃａｕｓｅ
ｏｆ ｄｅａｔｈ
ａｎｄ两ｕｒｙ
ｔｉｍｅ
ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ｈ“ｅ ｃａｕ曲ｔ
ｆｏｒｅｎｓｉｃ ｒｃｓｅａｒｃｈｅｆｓ’ａｔｔｅＩｌｔｉｏｎ ａｎｄ ｇｒａｄｕａＵｙ
ａｒｅ
ｏｆ ｔｈｅ ｈｏｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｐｏｔｓ ｉｎ ｆｏｒｅｎｓｉｃ ｓｃｉｅｎｃｅ．Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｃｉｒｃＲＮＡｓ
物细胞中、具有调控基因表达作用的内源性ＲＮＡ 分子。电子显微镜下发现，大多数环状ＲＮＡ定位 于细胞质中，少数定位于细胞核内【３】。环状ＲＮＡ主 要包含两类：一是由外显子转录构成的、经非线性 反向剪接形成的内源性ＲＮＡ分子，二是内含子来 源的环状ＲＮＡ分子Ｈ］。环状ＲＮＡ在人体细胞中广 泛表达，表达水平可超过其线性异构体的１０倍之多，
ｆｂｍａｔｉｏｎ
３小结
综上所述， 与ｍＲＮＡ、ｓｉＲＮＡ、ｍｉｃｒｏＲＮＡ、
ｎ列
ｉｎ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｃ”ｏｃｈｒｏｍｅ Ｐ４５０ ２Ｃ ｌ ８ ａｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｔ ａｎｄｒｏｇｅｎ ｂｉｎｄｉｎｇ ｐｍｔｅｊｎ ａｎｄ ｃｅｌｌｕｌａｒｂｉｏｌｏｇｙ，ｌ ９９７，１ ７
ｓｈｏｗｉｎｇ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｗｉｄｅ
ａｒｅ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ．Ｉｎ ｔ１１ｉｓ ｐ印ｅｒ，ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｃｏｐｅ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｃｉｒｃＲＮＡ ｉｎ ｆｂｒｅｎｓｉｃ ｍｅｄｉｃｉｎｅ
ｒｅＶｉｅｗｅｄ－
【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】ｆｂｒｅｎｓｉｃ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｖｉｄｅｎｃｅ；ｃｉｒｃＲＮＡ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｐｒｏｓｐｅｃｔ
・２６８・
环状 RNA 的研究进展

环状 RNA 的研究进展


０ 引 言
环状 ＲＮＡ（ ｃｉｒｃｕｌａｒ ＲＮＡ，ｃｉｒｃＲＮＡ） 是一种特殊 的内源性非编码 ＲＮＡ（ ｎｏｎｃｏｄｉｎｇ ＲＮＡ，ｎｃＲＮＡ），是 继微 小 ＲＮＡ （ ｍｉｃｒｏＲＮＡ， ｍｉＲＮＡ ） 及 长 链 非 编 码 ＲＮＡ（ ｌｏｎｇ ｎｏｎｃｏｄｉｎｇ ＲＮＡ，ｌｎｃＲＮＡ） 后的 ＲＮＡ 家族 又一研究新热点［１ －２］ 。
［Ａｂｓｔｒａｃｔ ］ Ｃｉｒｃｕｌａｒ ＲＮＡ （ｃｉｒｃＲＮＡ）， ａ ｎｏｖｅｌ ｔｙｐｅ ｏｆ ｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓ ｎｏｎ－ｃｏｄｉｎｇ ＲＮＡ （ ｎｃＲＮＡ）， ｈａｓ ｂｅｅｎ ｂｒｏａｄｌｙ ｔａｋｅｎ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ ｄｕｒｉｎｇ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ ａｓ ａ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｈｏｔ－ｓｐｏｔ．Ｕｎｌｉｋｅ ｌｉｎｅａｒ ＲＮＡ， ｃｉｒｃＲＮＡ ｆｏｒｍ ｃｏｖａｌｅｎｔｌｙ ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｙ ｊｏｉｎｔｉｎｇ ３′ ａｎｄ ５′ｅｎｄｓ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｖｉａ ｅｘｏｎ ｃｉｒｃｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｒ ｉｎｔｒｏｎ ｃｉｒｃｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｗｈｉｃｈ ｗａｙ ｉｔ ｉｓ ｍｏｒｅ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｃｏｎｓｅｒｖｅｄ ｔｈａｎ ｌｉｎｅａｒ ＲＮＡ．Ｂｅｓｉｄｅｓ， ｃｉｒｃＲＮＡｓ ａｒｅ ａｂｕｎｄａｎｔ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅｓ ｉｎ ｃｒｅａｔｕｒｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｒｅｖｅａｌｅｄ．Ｎｏｗａｄａｙｓ， ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ ｈａｖｅ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｃｉｒｃＲＮＡ ｐｌａｙｓ ａｎ ｅｓｓｅｎｔｉａｌ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｅｎｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ， ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｂｒｏａｄｅｎｅｄ ｔｈｅ ｖｉｅｗ ｏｆ ｄｉ－ ｖｅｒｓｅ ｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓ ｎｏｎｃｏｄｉｎｇ ＲＮＡ， ａｎｄ ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｈｉｎｔｓ ｔｈａｔ ｃｉｒｃＲＮＡ ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｉｎ ｃｌｉｎｉｃａｌ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｄｉｓｅａｓｅ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｗｅ ｍａｋｅ ａｎ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｔｅｓｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｂｏｕｔ ｃｉｒｃＲＮＡｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ， ｃｈａｒａｃｔｅｒ， ｆｕｎｃｔｉｏｎ， ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｗｉｔｈ ｄｉｓｅａｓｅｓ， ａｎｄ ｓｏ ｏｎ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ］ ＣｉｒｃＲＮＡ； ＮｃＲＮＡ； Ｃｏｍｐｅｔｉｎｇ ｅｎｄｏｇｅｎｏｕｓ ＲＮＡ； Ｇｅｎｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ
环状RNA研究进展综述

环状RNA研究进展综述

环状RNA研究进展综述目录一、内容简述 (2)1. 环状RNA的定义与特点 (2)2. 环状RNA的研究意义 (3)二、环状RNA的发现与分类 (4)1. 环状RNA的发现历程 (5)2. 环状RNA的分类方法 (6)根据来源分类 (7)根据结构特征分类 (8)三、环状RNA的形成机制 (9)1. RNA聚合酶的作用 (10)2. 内含子剪接与外显子剪接 (12)3. 环状RNA的稳定性与调控 (13)四、环状RNA的功能与应用 (15)1. 基因表达调控 (16)作为ceRNA调控基因表达 (18)通过snoRNA介导的基因沉默 (19)2. 蛋白质相互作用与信号传导 (20)3. 环状RNA在疾病中的作用 (22)五、环状RNA的研究技术与方法 (23)1. 文库构建与测序技术 (25)2. 表观遗传学修饰分析 (26)3. 蛋白质相互作用研究 (27)4. 功能研究方法 (28)六、环状RNA的研究挑战与未来展望 (30)1. 研究面临的挑战 (32)环状RNA的稳定性和丰度问题 (33)环状RNA的生物学功能研究 (34)2. 未来发展方向 (36)深入挖掘环状RNA的生物学功能 (37)开发新的环状RNA研究技术 (38)七、结论 (40)1. 环状RNA研究的重要成果 (41)2. 对未来环状RNA研究的展望 (43)一、内容简述环状RNA（Circular RNA，简称circRNA）是一类具有特殊结构特征的非编码RNA分子，其特点是含有连续的反向互补序列（即环形结构），并且广泛存在于真核生物的细胞核和细胞质中。

随着高通量测序技术和生物信息学的快速发展，circRNA的研究取得了显著进展，成为了生物学领域的研究热点。

circRNA在基因表达调控、蛋白质相互作用、信号通路传导以及疾病发生发展等多个层面发挥着重要作用。

与线性RNA相比，circRNA 具有更稳定的结构、更长的半衰期以及更高的丰度，因此成为了研究基因表达和功能的新视角。

hsa_circ_0131457_在胰腺癌组织中的表达变化及其过表达对癌细胞生物学行为的影响

hsa_circ_0131457_在胰腺癌组织中的表达变化及其过表达对癌细胞生物学行为的影响

hsa_circ_0131457在胰腺癌组织中的表达变化及其过表达对癌细胞生物学行为的影响孔盼盼1，董永良1，刘慧芳2，晏冬11 新疆医科大学附属肿瘤医院肝胆胰外科一病区，乌鲁木齐 830000；2 新疆医科大学附属肿瘤医院研究生科摘要：目的　观察环状RNA hsa_circ_0131457在胰腺癌组织和细胞中的表达变化，探讨hsa_circ_0131457过表达对胰腺癌细胞增殖、凋亡、迁移、侵袭等生物学行为的影响。

方法　收集胰腺癌组织及配对癌旁正常组织各7例份，对数生长期的胰腺癌细胞PANC -1、SW1990、CFPAC -1和正常胰腺导管上皮细胞HPDE6-C7，采用实时荧光定量PCR 法检测hsa_circ_0131457表达。

以hsa_circ_0131457表达最低的胰腺癌细胞为研究对象，分为过表达组和对照组，分别采用脂质体转染法转染hsa_circ_0131457过表达质粒及对照质粒。

取转染后的两组细胞，采用CCK -8法检测两组培养0、24、48、72、96 h 的OD 值，TUNEL 染色法检测细胞凋亡率，细胞划痕实验记录细胞迁移距离，Transwell 小室实验记录穿膜细胞数，Western blotting 法检测细胞凋亡相关蛋白细胞周期素D2（CCND2）和周期素依赖性激酶4（CDK4）蛋白相对表达量。

结果　胰腺癌组织和癌旁正常组织hsa_circ_0131457相对表达量分别为0.011 ± 0.017、2.084 ± 2.287，二者比较P <0.05。

胰腺癌PANC -1、SW1990、CFPAC -1细胞hsa_circ_ 0131457相对表达量分别为0.123 ± 0.110、0.159 ± 0.082、0.141 ± 0.129，均低于正常胰腺导管上皮细胞的1.174 ± 0.839（P 均<0.05），以hsa_circ_0131457表达最低的胰腺癌PANC -1细胞用于后续研究。