2019年5月2日，中科院生化细胞所陈玲玲研究员与中科院-马普学会计算生物学伙伴研究所杨力研究员以及上海交通大学医学院附属仁济医院沈南研究员合作在《Cell》上发表了题为“Structure and degradation of circular RNAs regulate PKR activation in innate immunity” 的研究论文。

作者发现（如上图所示），许多circRNA往往会形成16-26bp不等的小茎环结构（dsRNA），该结构可结合天然免疫因子PKR（double-stranded RNA-activated protein kinase，双链RNA依赖性蛋白激酶 ，通过磷酸化过程发挥活性）。在正常细胞状态下，参与抗病毒的PKR分子被束缚在circRNA分子的茎环结构上，活性受到抑制，避免了过度激活引起机体的免疫反应。而当细胞受到poly(I:C）（聚肌胞苷酸，一种免疫增强剂，可模拟病毒感染）刺激处理或被病毒感染时，RNase L（一种广泛存在的RNA内切酶，二聚化后可降解RNA）在病毒刺激下可以作用于circRNA，将其降解，此时PKR被释放并激活下游抗病毒效应机制。SLE患者外周血单个核细胞（peripheral blood mononuclear cells，PBMC）中circRNA表达量总体降低，PKR活性异常。

接下来，作者一步步论证了这个过程。

Figure1:poly(I:C)刺激或病毒感染可通过RNase L促进circRNA的降解。选用了5种广泛表达且表达量较高的circRNA分子（图A），分析了它们在Hela细胞中分别受不同刺激条件后的表达变化情况，其中poly(I:C)刺激可显著降低circRNA的表达，其他条件均变化不明显。添加α-amanitin的结果呈阴性，说明circRNA水平的下调并不是由于转录水平的干扰。并且poly(I:C)对circRNA的降解作用是广泛的，同时这一作用也能够通过EMCV病毒感染实现(图C、D）。我们已知，poly(I:C)和EMCV病毒能够激活RNase L催化病毒RNA降解，因此，作者通过敲除及敲低RNase L的Hela细胞，分别通过poly(I:C)处理的circRNA水平分析，显示RNase L是病毒感染后circRNA降解的关键酶（图I）。

Figure 2:circRNA倾向于与PKR结合并在体外阻止其活化。细胞中存在多种识别外源致病性dsRNA（双链RNA）分子的受体分子，大致可分为两大类：一类为sensing receptors,通过识别不同生化特征的外源RNA分子并激活基因转录和细胞因子的表达诱导免疫反应，这一类的dsRNA受体包括TLR3，RIG-I和MDA5；另一类分子为nucleic acid receptors,指本身就具有抵抗RNA病毒活性的受体分子，包括PKR，NF90，ADAR1-p150和OAS1，它们识别不同长度的外源RNA分子，并进一步通过抑制翻译，促进降解及引入修饰等途径实现抵抗外源RNA的效应。为探索上述现象的分子机制，作者构建了体外实验体系，结果表明circRNA优先与第二类核酸受体（具有直接抗病毒活性的受体）结合，且对PKR具有最高的偏好性。

Figure 5:内源性含有dsRNA的circRNA 在细胞中可以抑制PKR酶的活性。上述体外实验表明，不同的cirRNA能够抑制PKR。因此猜想，内源性的cirRNA可能与细胞中的PKR结合抑制其磷酸化。为证明体内猜想，作者在Hela细胞中分别过表达线性和环状的POLR2A分子，然后用poly(I:C)处理，观察PKR磷酸化的状态。结果表明单独过表达circPOLR2A能明显降低poly(I:C)处理后PKR的磷酸化。换成另一个不能产生分子内dsRNA结构的circRNA分子则不能影响PKR的磷酸化过程。此外，在RNase L敲除的细胞中，poly(I:C)处理诱导的PKR激活作用显著减弱，进一步证实了PKR激活需要Rnase L介导的大量circRNA快速降解的说法。