环状RNA的研究

nullnullnull环状RNA类病毒？ 拟病毒？偶然错配出现的？有什么功能？怎么形成的？现有的研究结果怎样？存在于动物体内or体外也可以？未来研究的可深入方向？null类病毒 是目前已知最小的可传染的致病因子，比普通病毒简单。类病毒是无蛋白质外壳保护的游离的共价闭合环状单链RNA分子，侵入宿主细胞后自我复制，并使宿主致病或死亡。类病毒的分子量在0.5～1.2×105，是已知的最小RNA卫星坏死病毒大小的1/4。1971年首次报道的马铃薯纺锤形块茎病类病毒(PSTV)只有359个核苷酸，最小的草矮生类病毒(HSV)仅含290～300个核苷酸，较大的柑桔裂皮病类病毒(CEV)亦只含371个核苷酸。目前关于类病毒的感染和复制机理尚不清楚。拟病毒也称为类类病毒，它是一种环状单链RNA。它的侵染对象是植物病毒。被侵染的植物病毒被称为辅助病毒，拟病毒必须通过辅助病毒才能复制。单独的辅助病毒或拟病毒都不能使植物受到感染。 20 世纪 80 年代以来，在澳大利亚陆续从绒毛烟、苜蓿、莨菪和地下三叶草上发现了四种新的植物病毒。这些病毒的蛋白质衣壳内都含有两种 RNA 分子，一种分子量为 1.5 × 10 6 Da 的线状 RNA 1 ，另一种为分子量约为 10 5 Da 的类似于类病毒的环状 RNA 2 ，这种 RNA 2 分子被称为拟病毒 (Virusoid) 。null30年前，通过电子显微镜的观察第一次在真核生物中发现了RNAs能够以环状的结构出现。错排外显子null传统认为的拼接模式如左图所示，按照5端到3端的顺序依次进行外显子的转录； 右图为环状RNA的拼接模式假想图，主要是关于不带A尾等末端结构的外显子的供体与受体的假设。null 最具特征性的环状转录物存在于噬齿类动物中。小鼠的Y染色体性别决定基因由单一的外显子组成。过去认为它对应的RNA是以线性形式存在而具有翻译蛋白质的功能。现在的研究明它主要是以环状的形式存在于细胞质中，并且基本没有翻译功能。有研究表明染色体上SRY外显子的错乱逆序复制形成环状。另外还有钠转运基因（NCX1）和大鼠细胞色素P4502C24基因也低水平的表达为环状亚型。尽管没有实质的证据，NCX1基因的环状亚型被认为具有翻译蛋白的功能。null 但这些已知的研究报告均认为人体细胞中环状转录物的水平远低于线性分子。于是，环状RNA被认为是偶然出现在动物体内又或者说是线性RNA的一个形成前体。 本文作者收集5名患有急性淋巴细胞性白血病(ALL)患儿的肿瘤样本，利用Illumina GAII 对ALL样品进行末端配对测序，随后将生成的读值与数据库中人类转录组外显子-外显子连接(exon-exon junction,EEJ)数据进行了比对，他们发现有超过1200种基因转录物中存在顺序错乱的外显子。其中大量的转录物表明基因中存在的相当大比例的异构体。null 更进一步的试验中，作者证实这种外显子错排现象不仅存在于白血病细胞中，在Hela细胞系及正常人原代血细胞中也有。并且，对3种白细胞类型的RNA测序试验结果显示有800多种基因存在重排异构体，约占转录物比例的10%。 另外，研究人员对通过公共渠道获得的HeLa细胞和人类胚胎干细胞的转录组数据进行后，也发现了1748种非序列的外显子异构体。对小鼠大脑RNA测序数据进行分析后的结果证实，这样的异构体同样也存在于其他动物中。 通过随后的统计学及生物化学分析，研究人员推导出这样的结论，外显子重排通常形成了环状而非线性的转录物，数以百计这样的转录物在细胞中呈高水平表达，甚至在某些情况下水平与标准的异构体相似。null环状RNA的生物源性目前为止还是不清楚本文作者使用之前鉴定的一个高表达环状RNA，主要研究其对miR-7的影响。null 研究团队发现这一环状RNA包含了70个miR-7的结合位点，并将其命名为ciRS-7(circular RNA sponge for miR-7)。而ciRS-7的表达使得miR-7活性受到抑制，miR-7靶基因表达增高，研究团队推测这是因为ciRS-7捕获和失活了miR-7。 MicroRNAs是一些通过结合和阻止mRNA翻译阻断基因表达的短片段RNA。而MiR-7的靶标与癌症和帕金森氏病存在着关联。 null本文还对前面提到的环状SRY对miR-138功能的影响进行了研究。这也是目前来说第一次对自然表达的环状RNA功能的研究。C图为转染了SRY表达载体和空载体在HEK293细胞（细胞中存在miR-138和miR-769）上的表达量。 D图为转染了SRY表达载体和空载体在HEK293细胞（细胞中存在miR-138和miR-7）上的表达量这说明环状SRY在miR-138存在时能提高表达量，或许存在与miR-138的结合位点。同时，这也再次证明环状RNA分子与miRNA存在功能调节上的关系。null 无独有偶，差不多时间发表于nature上的另一篇研究环状RNA功能的文章也将注意力放在了miRNA上面。这一研究团队发现一种人类的circRNAs，它能够调节翻译小脑退化相关的蛋白1的转录物，故称之为CDR1as。而这一circRNAs上含有63个隐藏的miRNA-7结合位点。在石斑鱼体内敲除miRNA或者CDR1as表达都会影响其中脑的发育。null图为石斑鱼的脑组织，可以看出miRNA与CDR1as均能损害其中脑的发育，但当二者一起作用时却出现了拮抗作用，中脑发育的影响不大。nullCDR1as and miR-7 have overlapping and specific expression in neuronal tissues CDR1as和miR-7在小鼠神经元细胞上能够一样地表达，但是在小鼠的其他组织中CDR1as几乎不表达，而miR-7则在各个组织中均有表达，而且个别组织中表达量很大。null1、这两篇发表nature上的文章作者都有提到，环状RNA的功能可能还有很多，但是从他们的实验可以得出一个结论就是：环状RNA可以调节miRNA的表达。 2、从后面这篇文章来看，环状RNA本身可能就具有调节mRNA的功能，并且反过来讲的话，miRNA可能也会作用于circRNAs，它们的作用可能是相互的。 3、值得一提的是，关于miRNA的研究目前已经很多了，而circRNAs的具体研究则刚刚起步，这或许是今后的一个热门研究方向。并且miR-7与癌症和帕金森病具有很大关系，研究环状RNA对miR-7的调控具有现实意义。 null 这两篇文章发表后也引起了很大的轰动，nature上另外还有总结性的两篇新闻报道。null