中科院陳玲玲最新Nature綜述:環狀RNA的秘密
日期:2016-02-26 13:16:41
中科院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所的研究員陳玲玲在二月二十四日的Nature Reviews Molecular Cell Biology雜志發表文章,全面探討了環狀RNA(circRNA)的生物合成和新功能。真核細胞的環狀RNA來自于mRNA前體(pre-mRNA)的反向剪接。雖然環狀RNA通常表達水平較低,但它們的表達存在細胞和組織特異性。近年來人們發現,環狀RNA可以通過不同途徑影響基因表達,有效擴展真核細胞轉錄組的多樣性和復雜性。
早在幾十年前,生物學家們就發現了環狀RNA。與線性RNA相比,環狀RNA受到的關注比較少,也比較難于研究。舉例來說,環狀RNA很難與其它RNA區分開,擴增或片段化會破壞RNA環,而且早期RNA測序的分析算法會過濾掉環狀RNA的標志性序列。這些技術和方法學問題導致環狀RNA一直被視為是罕見的剪切錯誤。
環狀RNA呈封閉環狀結構,不受RNA外切酶影響不易降解,比線性RNA穩定得多。隨著二代測序的發展,最近四五年人們意識到環狀RNA其實是非常普遍的。這些分子廣泛存在于多種生物的細胞中,從古生菌、酵母、小鼠到人類。這個全新的研究領域在短時間內得到了飛速的發展。有一點已經相當明確,環狀RNA并不是細胞發生的錯誤。這種分子實際上在細胞中扮演著重要的角色,它們在臨床上的潛力還有待人們進一步挖掘。
在生物信息學、生化分析和深度測序的幫助下,研究者們對神秘的環狀RNA有了空前的認識。越來越多的證據表明,環狀RNA具有重要的生物學意義,而且它們的功能不同于線性RNA。2013年Nature雜志發表的兩項研究顯示,環狀RNA可以起到microRNA海綿的作用,可以結合并抑制microRNA的活性,進而調控microRNA的靶標發揮作用。
陳玲玲研究員一直走在環狀RNA領域的前沿。2013年她和楊力研究員合作,發現了來源于基因內含子區域的環形RNA新分子。他們在Molecular Cell雜志上揭示了這種環狀RNA(ciRNA)的成環機制及其在基因轉錄調控中的重要功能。研究表明,部分ciRNA定位在轉錄位點附近,通過與RNA轉錄聚合酶Ⅱ復合物互相作用,順式調節其本位基因的表達水平。
2014年09月陳玲玲和楊力的研究團隊在Cell雜志上發表文章指出,是內含子的互補序列介導了外顯子環化。環狀RNA的生成機制主要有兩種模型:套索驅動的環化和內含子配對驅動的環化。這項研究為內含子配對驅動環化提供了有力支持,證實是內含子的互補序列介導了外顯子環化,生成的選擇性環化產物進一步擴大了哺乳動物轉錄后調控的復雜性。
國內其他研究團隊也在環狀RNA研究領域取得了引人注目的成果。舉例來說,2015年2月中國科技大學、華中師范大學等處的研究人員鑒定了一類與RNA聚合酶Ⅱ相關的環狀RNA,并將其命名為EIciRNA。他們在Nature Structural & Molecular Biology雜志上發表了自己的研究結果,展示了這些EIciRNA對細胞核中轉錄過程的調控。
2015年4月,德國Max Delbrück分子醫學中心的研究團隊全面分析了哺乳動物大腦內的環狀RNA。他們在大腦不同區域、原代神經元、分離的突觸、以及神經元分化過程中進行了RNA測序。這項發表在Molecular Cell雜志上的研究表明,環狀RNA在哺乳動物大腦中豐度很高、相當保守而且存在動態表達。
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