Cell Discovery | circRNA降解机制新进展

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9月17日，Nature 子刊Cell Discovery在线发表了一篇Correspondence文章，报道发现GW182介导circRNA的降解作用。文章的通讯作者是重庆大学黄川教授，中国科技大学单革教授是本文的共同作者[1]。

随着circRNA研究的不断深入，circRNA的功能机制和疾病相关性的研究越来越多了，但关于circRNA的降解机制的认识相对比较有限。此前关于circRNA降解作用的机制报道只有零星的几篇文章，在今年的一篇Nature Reviews Genetics综述中曾经做了详细的汇总（推荐阅读：Nature Reviews Genetics发表circRNA重要综述）。作者如何设计实验分析circRNA降解有关的基因的？人的GW182同源基因作用情况如何？下面我们就带着这些问题一起学习一下：

如何设计实验分析circRNA降解有关的基因的？

本文作者基于RNAi文库技术在果蝇DL1 和 S2细胞中进行筛选分析，文库由靶向31种已知的RNA代谢和降解作用有关的基因构成。通过QPCR检测dati和 laccase2基因的线性和环状RNA的稳定性状态的结果来分析靶分子是否参与circRNA的降解作用。筛选的结果表明GW182干扰之后，dati和 laccase2的环状RNA丰度均有显著富集，其他被筛选的分子变化趋势不显著。因此作者怀疑GW182参与circRNA的降解作用。

图1 干扰RNA文库筛选circRNA降解相关基因 （[1]）

GW182是P-body复合体的重要组份，主要起到scaffold的作用，帮助其他组份组装形成完整的P-body复合体。但从RNAi的结果来看，P-body的其他组份干扰之后并不能显著的影响circRNA的稳定性，这说明GW182对circRNA的丰度调控作用可能是尚未报道的作用机制，可能与P-body或者RNAi机制通路没有直接的关系。

上述结果表明干扰GW182后可导致dati和 laccase2基因的环状RNA获得富集，但还不能支持GW182调控了circRNA的降解作用。为论证GW182与circRNA稳定性的关系，作者设计了严谨的实验体系，结论是GW182具有特异性调控circRNA稳定性的作用。具体的论据包括：

（1）干扰GW182后绝大部分新生RNA（nascent RNA）丰度并没有明显的变化（Fig. d），排除了干扰GW182促进转录增加的可能性；

（2）全转录组分析结果表明干扰GW182后绝大部分circRNA被富集（Fig. e-g）；

（3）另一组GW182的干扰RNA也可以得到与之类似的效果，排除了脱靶效应导致假阳性的可能；

（4）过表达GW182可导致相关circRNA的丰度下降；

（5）干扰GW182对核内circRNA的丰度影响较小，但胞质中的circRNA丰度可显著降低（Fig. h）；

（6）干扰GW182之后显著富集的circRNA所对应的母基因mRNA变化不明显（Fig. f-g），说明GW182可特异性介导circRNA的降解作用；

图2  GW182参与调控circRNA的降解 （[1]）

人的GW182同源基因作用情况如何？

人类基因中GW182的同源基因有三个：TNRC6A、TNRC6B和TNRC6C。分别干扰三种基因后均可显著富集circRNA，说明TNRC6A/B/C均参与了circRNA的降解作用。

图3  GW182的同源基因TNRC6A/B/C均参与circRNA

的降解 （[1]）

GW182作用机制

GW182的蛋白序列主要由6个结构域构成，分别是N端的ABD、UBA、Q-rich、mid、RRM和C-term。为分析GW182介导circRNA降解的主要功能结构域，作者分别构建了删除各个结构域的突变体，分析突变体过表达后circRNA稳定性是否受到影响。结果发现删除Mid结构域后circRNA的丰度不再发生变化，其余的突变体均不影响circRNA的降解作用。与此同时，单独过表达Mid结构域就能起到与全长SW182相似的作用效果。这些实验结果表达Mid结构域在circRNA降解作用过程中起到关键作用。

图4 Mid结构域在circRNA降解作用过程中起关键作用 （[1]）

本文内容相对比较简单，但所报道的GW182参与circRNA降解作用是非常有意义的发现，丰富了circRNA动态变化调控机制的认识。

参考文献：

1. Ruirui Jia, M.-S.X., Zhengguo Li, Ge Shan and Chuan Huang, Defining an evolutionarily conserved role of GW182 in circular RNA degradation. Cell Discovery, 2019.

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