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  • 环状RNA

    环状RNA(circRNA)是一类特殊的非编码RNA分子(在活体中有时也有表达),也是RNA领域最新的研究热点。

    与传统的线性RNA(linear RNA,含5’和3’末端)不同,circRNA分子呈封闭环状结构,不受RNA外切酶影响,表达更稳定,不易降解。在功能上,近年的研究表明,circRNA分子富含microRNA(miRNA)结合位点,在细胞中起到miRNA海绵( miRNA sponge)的作用,进而解除miRNA对其靶基因的抑制作用,升高靶基因的表达水平;这一作用机制被称为竞争性内源RNA(ceRNA)机制。通过与疾病关联的miRNA相互作用, circRNA在疾病中发挥着重要的调控作用。

    编辑摘要

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    中文名: 环状RNA

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    发现/环状RNA 编辑

    在经典的基因表达模型(中心法则)中,由基因组所编码的基因脚本以RNA分子的形式表达于每一个细胞中,每一个RNA分子由线性的化学"碱基"串联组成。现在是该对基因表达的传统认知进行修订的时候了,科学家们在装满古怪RNA的匣子中看到最新的玩意:天然生成的环状RNA分子影响了基因表达。

    随着测序技术的进步,使得生物学家们累积了大量的RNA序列数据集,其中一些来自无尾巴的RNA。2012年,斯坦福大学和霍华德休斯医学研究所的科学家们发表在《Plos One》的一项研究首次证实在人体细胞的基因表达程序中,环形RNA分子而非线性RNA分子是一个更普遍的特征。

    检测与研究/环状RNA 编辑

    环形RNA转录早在上世纪90年代就被发现了,但是限于当时的技术和知识水平,科研工作者并不能对其进行充分而详实的研究。最近发表在《自然·生物技术》上面的文章为我们提供了一个全新的对环形RNA进行研究的方法与认识。最近的研究已经显示,在哺乳动物细胞中存在多种环形DNA,起作用多为对miRNA行使功能进行调控。尽管,目前只有少部分的环形DNA被发现,其中的大部分还是由于RNA的错误剪接产生的,但是,通过这个新方法可以更有效的细胞内的环形DNA进行捕获与检测。同时由于环形RNA在生物体内的重要作用,因此,在可期的未来,环形RNA的研究将会变得非常重要。[1]

    影响基因表达/环状RNA 编辑

    同时发表在《自然》(Nature)杂志上的这两项研究,揭示出一些环状RNA充当分子“海绵”,结合并封闭了称作microRNAs的微小基因调控子。此外,研究人员推测环状RNA还具有许多其他的功能。研究人员风趣地表示,这些分子构成了一个“隐秘而未知的RNA平行宇宙”。

    这一重要发现再次提醒人们:RNA并不仅仅是DNA与编码蛋白之间的一个平凡信使。在过去的20年里,研究人员发现了大量的非常规RNA。一些长度意想不到的短,一些则长到令人感到惊讶,而另一些则颠覆常规具有阻止其他RNA链翻译形成蛋白质的功能。

    在此之前,环状RNA一直"飞行于雷达之下",因为从细胞内分离RNA的传统方法无意中丢弃了这些环状的分子。而实际上,线性RNA的优势有可能一直是假象。经典的RNA测序方法只能分离具有特征性分子“尾巴“的那些分子。环状RNA的末端连接在一起,缺乏这些尾巴,因此被普遍忽略掉。环状RNA比之前预想的更为丰富同时可能比之前所想的更为重要。[2]

    研究进展/环状RNA 编辑

    农科院破译环状RNA调控猪产肉性状分子机制

    近日,中国农业科学院北京畜牧兽医研究所“猪基因工程与种质创新团队”和农业基因组研究所“猪基因组设计育种创新团队”合作,历时3年,开发出环状RNA研究平台,绘制猪环状RNA时空图谱,破译环状RNA对猪产肉性状形成调控机制,并构建首个农业动物的环状RNA数据库。该成果最近发表在国际基因组领域知名刊物《DNA research》。唐中林研究员为该文共同通讯作者,梁国明博士后为第一作者。

    研究者从猪脂肪、心肌和肝等9种不同组织以及三个发育阶段的骨骼肌中,系统鉴定5934个环状RNA,分子特征分析表明猪环状RNA表达具有高度的时空特异性,与小鼠和人等物种具有较强的保守性;30%以上的环状RNA作为miRNA的sponges对基因表达发挥重要调控作用;发现数百条骨骼肌中特异性丰富表达以及产肉性状相关环状RNA分子。进一步的功能分析表明:在出生后0-30天,circRNA主要调控骨骼肌的生长发育和肌纤维类型转换;30-240天时,circRNA主要调控骨骼肌糖代谢和钙离子信号。最后,研究人员构建了circRNA-miRNA-mRNA多维调控网络和环状RNA数据库。据悉,这是农业动物首张环状RNA的时空图谱和首个数据库。[3]

    状RNA与大脑功能存在关联

    尽管上百种环状RNA(circular RNA, circRNA)在哺乳动物大脑中大量存在,但是一个重要的问题仍未解决:它们实际上发挥着什么作用?在一项新的研究中,来自德国马克斯-德尔布吕克分子医学中心的Nikolaus Rajewsky和他的团队首次将一种circRNA与大脑功能关联在一起。相关研究结果于2017年8月10日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Loss of a mammalian circular RNA locus causes miRNA deregulation and affects brain function”。

    Rajewsky团队提出circRNA至少有时发挥着基因调节的作用。作为一种较大的单链环状RNA,Cdr1as有大约1500个核苷酸,可能发挥着像海绵那样吸收微RNA(microRNA, miRNA)的作用。比如,它为一种被称作miR-7的microRNA提供70多个结合位点。microRNA是较短的RNA分子,通常结合到信使RNA(mRNA)的互补序列上,因而控制着细胞产生的特定蛋白数量。

    在当前的这项研究中,Rajewsky团队与马克斯-德尔布吕克分子医学中心的Carmen Birchmeier实验室合作重新研究了Cdr1as。论文共同第一作者Monika Piwecka说,“这种特定的circRNA能够在兴奋性神经元中但不在神经胶质细胞中发现。在小鼠和人类的大脑组织中,存在两种结合到它上的microRNA:miR-7和miR-671。”

    接下来,Rajewsky和他的合作者们利用基因组编辑技术CRISPR/Cas9选择性地剔除小鼠中的一种环状RNA,即Cdr1as。在这些小鼠中,大多数microRNA的表达在4个研究的大脑区域中未被干扰。然而,miR-7下调表达,miR-671上调表达。这些变化是转录后发生的,这就与Cdr1as通常与细胞质中的这些microRNA相互作用的观点相一致。

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    参考资料
    [1]^引用日期:2017-11-04
    [2]^引用日期:2013-03-09
    [3]^引用日期:2017-11-04
    开放分类 我来补充
    RNA 基因

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