環(huán)狀RNA的前世今生
circRNAs (CircularRNAs,環(huán)形RNA分子) 是一類不具有5‘ 末端帽子和3’ 末端poly(A)尾巴、并以共價鍵形成環(huán)形結構的客觀存在于生物體內的非編碼RNA分子。
1976年Sanger等人在高等植物中發(fā)現(xiàn)了致病性的單鏈環(huán)狀病毒,這是人類發(fā)現(xiàn)circRNA。盡管circRNA已經被發(fā)現(xiàn)數(shù)十年,但在很長一段時間內被認為是錯誤剪接的副產品。經過30多年的沉寂后,在2013年一鳴驚人,并在隨后幾年時間里迅速成為基因調控明星分子。
circRNA 的發(fā)現(xiàn)歷程
2013年,Nature雜志同一期刊登兩篇circRNA研究文章 ,發(fā)現(xiàn)circRNA可以阻斷miR-7,自此circRNA相關研究快速增長,逐漸成為非編碼RNA領域新的明星分子。
圖1.環(huán)狀RNA的生成過程
環(huán)狀RNA的主要特征
circRNA由特殊可變剪切產生,大量存在于真核細胞的細胞質中,主要來源于外顯子,少部分內含子來源的circRNA存在細胞核中。
表達水平具有種屬、組織、時間特異性。且具有一定序列保守性。
circRNA呈閉合環(huán)狀結構,不易被核酸外切酶降解,比線性RNA更加穩(wěn)定。
絕大多數(shù)circRNA是非編碼的,在轉錄或轉錄后水平發(fā)揮調控作用。但也有少數(shù)可以翻譯為多肽。
環(huán)狀RNA的主要調控機制
與microRNA相互作用
環(huán)狀RNA可以作為microRNA的“海綿”,與之結合,從而調控microRNA對靶mRNA的抑制作用。這種機制被稱為“microRNA海綿效應”,能夠通過吸附microRNA來減少其活性,從而間接增加下游基因的表達。例如,環(huán)狀RNA Cdr1as能夠與miR-7結合,調控神經元中神經遞質谷氨酸的釋放,進而影響神經功能。研究表明,Cdr1as能夠結合超過70個miR-7結合位點,從而起到對miR-7的有效吸附,這種強效的吸附功能使Cdr1as在神經系統(tǒng)中起到至關重要的調控作用。
與RNA結合蛋白相互作用
環(huán)狀RNA能夠通過與RNA結合蛋白結合,調節(jié)其活性,或者作為蛋白質相互作用的支架。具體來說,某些環(huán)狀RNA可以通過作為增強子或支架來促進蛋白質之間的相互作用,從而影響信號轉導和基因表達調控。例如,研究發(fā)現(xiàn)環(huán)狀RNA circ-Foxo3可以與細胞周期調控蛋白結合,抑制細胞周期的進展,從而對細胞增殖起到負調控作用。此外,circZKSCAN1也被發(fā)現(xiàn)通過與RBPs相互作用,抑制肝癌細胞的轉移和侵襲能力,表明環(huán)狀RNA在癌癥的發(fā)生和進展中具有關鍵作用。
圖2.circRNA調控機制
環(huán)狀RNA的最新研究進展
近日,《分子細胞》(Molecular Cell)在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學創(chuàng)新中心陳玲玲研究組與復旦大學楊力研究組合作完成的關于內源環(huán)形RNA降解的最新研究成果。該研究解析了生理條件下環(huán)形RNA被核酸內切酶DIS3監(jiān)控降解的新機制,實現(xiàn)了對環(huán)形RNA“生老病死”過程中特異調控及分子特征等基礎研究的閉環(huán)。
circRNA研究技術路線
高通量測序技術:通過RNA-seq、三代測序技術(如Nanopore測序)等方法,能夠高效鑒定circRNA的全長序列、可變剪接事件,并進行定量分析。
微陣列技術:利用circRNA微陣列可以高通量檢測circRNA的表達譜。
實時定量PCR(qPCR):通過設計特異性引物,針對circRNA的反向剪接位點(BSJ)進行定量分析,用于驗證和比較不同樣本中circRNA的表達水平。
高通量測序技術由于通量高、快速、方便,成為研究環(huán)狀RNA的主流方法,建庫方法如下:
翌圣生物作為 的分子酶原料供應商,在NGS(下一代測序)領域憑借深厚的技術積累和創(chuàng)新研發(fā)能力,為生命科學和精準醫(yī)療領域提供了 的解決方案。
翌圣生物circRNA研究原料整體解決方案
動物類 | 植物類 | 細菌真菌類 | ||||
樣本類型 | 動物組織/細胞 | 細胞 | 全血 | 植物組織 | 真菌組織 | 培養(yǎng)的細菌和真菌 |
RNA提取 | 磁珠法:18605/18607/18606 | 磁珠法:18600/18604 | 柱式法:19241 | 磁珠法:18534/18535/18537 | 磁珠法:18534/18535/18537 | 柱式法:19301(真菌需要加溶壁酶10403) |
rRNA去除 | RNaseH酶法去除:12257 | RNaseH酶法去除:12257 | RNaseH酶法去除,包含去除珠蛋白:12257+12806 RNaseH酶法去除珠蛋白:13572 | RNaseH酶法去除:12254 | 磁珠法去除:12271真菌通用型 | 磁珠法去除:12264細菌通用型/12265原核生物通用型 |
線性RNA消化 | 14615 RNase R 去除線性RNA分子 | |||||
文庫構建 | 非預混RNA建庫試劑盒:12308雙模式RNA建庫試劑盒(兼容Illumina和MGI) |
circRNA未來研究展望
盡管 circRNA 的研究取得了顯著進展,但circRNA 在疾病中的具體作用機制仍需深入研究。未來,circRNA 的研究方向將包括:進一步探索 circRNA 的形成機制和調控網絡;揭示 circRNA 在不同疾病中的具體作用機制和調控途徑;開發(fā)基于 circRNA 的疾病診斷方法和治療策略;以及探索 circRNA 在生物技術和合成生物學中的應用潛力。通過這些研究,我們將更深入地理解 circRNA 的生物學意義及其在疾病診斷和治療中的作用。
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