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专题研究/RESEARCH

非编码RNA

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环状RNA研究

环状RNA( circular RNA,circRNA)
环状RNA( circular RNA,circRNA) 是一种特殊的选择性剪切产生且在真核细胞中广泛表达的环形内源性非编码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。circRNA 包括外显子构成的内源性RNA 分子和内含子来源的RNA 分子。circRNA 目前已经被证明广泛存在多种真核生物体中,目前常在果蝇、鼠、海马鱼及人类细胞及组织中。
特点:
·         存在范围广泛,在真核生物体、病毒、类病毒以及古生菌中均发现存在circRNA,在真核生物体中,大部分circRNA 存在于胞浆中,易跨膜,少数存在于细胞核内.
·         具有高表达性以及组织特异性,在不同的组织中,circRNA 的表达情况不同,且具有生长阶段表达差异性.
·         相对于线性结构,circRNA 不含有poly A尾巴,不易被核酸外切酶裂解,在生物体中更加稳定地存在.
·         外显子来源的circRNA 具有与对应的线性RNA 相同的转录序列,但不翻译成蛋白,为非编码RNA.
·         具有高度物种保守性;
·         一些circRNA 能结合miRNA,并与miRNA 相互作用,同时在转录水平或转录后水平发挥着重要的调控作用.
功能:
1.circRNA的遗传多样性
circRNAs表达丰度低,起初认为是RNA转录剪切的副产物而不被重视,直到2010年才有少量的circRNA发现。随着高通量测序技术和计算分析的发展,从古细菌到人中发现了成千上万的circRNA,其中有些circRNA的表达丰度是其对应线性RNA的10倍以上。下表是最新鉴定的人circRNAs。
2.circRNA的生物合成
研究表明,circRNAs的形成不同于线性RNA的标准剪切模式,是通过backsplicing方式剪切而来。现有的circRNA形成模型主要由以下几种:
(1)“lariat-driven circularization”或者“exon skipping”;
(2)“intron-pairing-driven circularization”或者“direct backsplicing”;
(3)环状内含子RNA(ciRNAs)形成模式;
(4)依赖于RBPs环化模式;
(5)类似于可变剪切的可变环化模式;
3.circRNAs的分子特性
(1)circRNAs由于是封闭环状结构,所以没有5’-3’的极性,也没有polyA尾巴。因此,比线性RNA稳定,不容易被RNA核酸外切酶或者RNase R降解。在健康人的唾液细胞里发现了400种以上的circRNAs。
(2)circRNAs表达丰度差异大,在某些情况下,环状分子是其对应线性mRNA表达丰度的10倍以上。
(3)circRNAs大部分有外显子组成,主要存在于细胞质中,可能有miRNA结合的原件(MREs)。一些含有保留内含子区域的circRNA定位在真核生物的细胞核,可能调控了基因的表达。
4)circRNAs通常是组织特异性和发育不同阶段特异性的。比如,has_circRNA_2149只在CD19+白细胞而不是CD34+白细胞,中性粒细胞或者HEK293中表达。一些线虫circRNAs在卵母细胞中表达,在1-或者2-细胞胚胎中不表达。
(5)绝大部分的circRNAs是内源非编码RNAs,只有一小部分是外源的circRNAs,如HDV,含有核糖体进入位点(IRESs)的人工circRNAs。
(6)不同物种间的circRNAs大部分是进化保守的,也有部分是进化不保守的。总的来说,circRNAs的这些特性决定了他们在转录和转录后的重要作用,也暗示着其可能作为疾病诊断的理想biomarker。
4.circRNA的生物学功能
(1)cicrRNAs作为内源mRNA的竞争者,是miRNA的海绵吸附体内源竞争性RNAs(ceRNAs)包括mRNAs,假基因,lncRNA,可以竞争性结合miRNA。因此,ceRNAs的存在影响miRNAs的功能活性。最近的研究表明circRNAs可作为miRNA的海绵吸附体,也是ceRNAs分子之一。比如,ciRS-7/CDR1as 和Sry可以结合miRNAs而不被降解,可能是潜在的ceRNA分子。Li等人发现具有跨越E3泛素化蛋白连接酶(ITCH)多个外显子区形成的cir-ITCH具有miR-7,miR-17和miR-214的吸附能力。
(2)circRNAs调控可变剪切或转录过程circMbl是由剪切因子MBL的第二个外显子环化而来,竞争mRNA的线性剪切。CircMbl的侧翼外显子和自身序列包含MBL特异性结合的位点。MBL的表达水平受到circMbl的调控影响。研究表明,MBL通过调整circRNA形成和线性可变剪切之间的平衡来影响可变剪切过程。formin(Fmn)基因可以通过backsplicing形成circRNA。该circRNA包含翻译起始位点作为“mRNA trap”,形成一个非编码线性转录本而减少Fmn蛋白的表达。
(3)circRNA调控亲本基因的表达ciRNAs的形成依赖于侧翼RNA元件。侧翼RNA元件可能对内含子脱支成套非常重要。研究发现一些ciRNAs定位在细胞核中,可以与PolⅡ结合通过cis 作用模式调控宿主的转录活性。研究发现一类叫做EIciRNA的环状RNA与RNA PolⅡ关系密切。比如circEIF3J 和circPAIP2,定位在细胞核,与U1小核核糖核蛋白(snRNPs)结合,通过cis-acting模式增强亲本基因的转录。另外, 有一小部分circRNAs是可以翻译的。研究发现人工合成的在起始位点上游插IRES的circRNAs可以翻译蛋白。Perriman和Ares在大肠杆菌中构建了一个包含GFP序列的环状mRNA是可以表达GFP的。有趣的是,只有一个天然的circRNA发现是可以翻译蛋白的--HDV,他是乙肝病毒HBV的一个亚型。除了以上发现的功能,研究人员推测了circRNA的另外一些新的功能,比如可以作为RBP的海绵吸附体,直接与靶基因结合,直接作为模板翻译。
5.circRNA与疾病发生中的作用
最新的研究表明circRNA在疾病发生的起始和发展阶段发挥重要作用,因此可以作为潜在的biomarkers。比如,HEK293细胞中ciRS-7/CDR1 as的表达受到朊病毒蛋白PrPC过表达的诱导,因此,CDR1 as可能在朊病毒疾病中起作用。CDR1as在脑中大量表达,同时包含有与miR-7结合的60个碱基结合位点。而miR-7又是与多种疾病和通路相关。现已证实CDR1as参与了Parkin disease, Alzheimer’s disease和脑发育。同时,miR-7有致癌和抑制肿瘤的特性,CDR1as/miR-7很有可能与肿瘤的发生和发展密切相关。研究发现cANRIL 是一个从INK4A0ARF反义转录本,cANRIL 的表达可能与INK4/ARF的转录和心血管硬化疾病风险相关。另外,研究人员发现has_circ_002059在胃癌中表达下调,是一个潜在的胃癌诊断的biomarker。由此可见,cicrRNA与疾病的发生密切相关,是未来疾病诊断和治疗的潜在靶点。
典君生物能做的服务:
1. 差异表达筛选
通过RNA-seq测序等方法对样本进行circRNA表达谱分析。
2. 基因检测
(1)cicRNA qPCR引物设计合成
(2)circRNA验证及qPCR检测。
3. 细胞功能实验
(1)circRNA过表达
(2)circRNA干扰
(3)circRNA荧光素酶报告检测
4. CircRNA FISH检测
5. circRNA慢病毒、腺病毒包装服务(自主研发病毒载体,保证成环效率)

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