涨姿势 | 环状RNA，你不造，真的好吗？
谁说RNA都是线性的
在2013年《自然》杂志上，发表了两篇重要的研究论文揭示出一些非编码的环状RNA（circular RNAs，circRNA）充当分子“海绵”，结合并封闭了microRNAs，进而调控基因的表达。研究人员推测circRNA还具有许多其他的功能。其中一篇Nature文章的作者甚至说，这些分子构成了一个“隐秘的未知RNAs平行宇宙”。
这个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，如microRNA，一些则长到令人感到惊讶，如lncRNA，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。但是一直以来人们都认为几乎所有的RNA都是线性的，为数不多的关于环状RNAs的记述，也仅被当做遗传意外或实验人为因素而遭到忽视。
为什么之前没发现circRNAs
实际上，线性RNAs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（即polyA+序列）。环状RNAs的末端连接在一起，缺乏这些尾巴，因此在测序文库制备中被普遍忽略掉。
图2 传统RNA-Seq文库制备过程
然而，随着测序技术的进步，研究人员累积了大量的RNA序列数据集，其中一些来自无尾巴的RNA（polyA-序列）。斯坦福大学医学院研究小组就报道了他们在寻找用传统方法可能忽视的RNA过程中，发现了大量的环状人类RNAs。另一个课题组也在挖掘环状RNA分子的数据库时，在线虫、小鼠和人类中发现了成千上万的环状RNAs。
大头儿子的大头是由circRNA控制
科学家们发现，哺乳类动物大头的发育基础之一，依赖一种被称为miR-7的分子，如果没有它在关键时刻抑制某些基因的表达，哺乳类动物就无法得到它们赖以称霸世界的智力。在实验室中把正在发育的大脑皮层中的这类RNA干掉，你就会得到一只小头老鼠。那么哺乳类动物的身体是如何控制这一过程，以获得大小合适的头颅？谁来控制这些microRNA的功能呢？让科学家们大吃一惊的是，生命系统使用了另外一类独特的RNA—circRNAs。研究人员将焦点集中在一个由大约1500个核苷酸构成的环状大RNA上，它表达于小鼠和人类的大脑中。研究人员发现该circRNA包含了70个miR-7的结合位点。它的表达阻断了miR-7，使得miR-7活性受到抑制，进而解除了该miR对其靶基因的抑制作用，靶基因表达出现上升。另一项研究证实，在斑马鱼中表达该circRNA或敲除miR-7可以改变大脑发育。研究发现，circRNA可以像海绵吸水一样，吸附细胞中出现的microRNA。
图3 circRNA与miR-7的互作机制
circRNA居然不易被降解
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。circRNA由特殊的选择性剪切产生，大多数存在于真核细胞的细胞质中，序列高度保守，具有一定的组织、时序和疾病特异性。许多circRNAs的表达水平与线性RNA的表达水平相当甚或更高。这些特征和最近的研究都表明，circRNAs有巨大潜力成为新的疾病诊断标志物。
图4 circRNA不被RNA外切酶降解
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参考文献
1. Memczak S, et al. (2013) Circular RNAs are a large class of animal RNAs with regulatorypotency. Nature 495(7441):333-8.
2. Hansen TB, et al. ( 2013) Natural RNA circles function as efficient microRNA sponges.Nature 495(7441):384-8.
3. Salzman J, et al. (2012) Circular RNAs Are the Predominant Transcript Isoform fromHundreds of Human Genes in Diverse Cell Types. PLoS ONE 7(2): e30733.
4. SuzukiH, et al. (2006) Characterization of RNase R-digested cellular RNA source thatconsists of lariat and circular RNAs from pre-mRNA splicing. Nucleic Acids Res 34(8):e63.