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 小拜|英拜生物

 

CircRNA 是通过一个或两个外显子的反向剪接产生共价闭合的非编码RNA分子,由于其特殊的环状结构,使其不被外切核酸酶降解,因此比线性RNA具有更高的稳定性。随着RNA-seq技术的发展,已经证明大量的circRNA在哺乳动物组织中表达,因此对circRNA研究成为热点。

 

近期一篇发表在《Nature Reviews Cardiology》上的题为“Circular RNAs open a new chapter in cardiovascular biology”的文章总结了CircRNA在生物学特别强调了心血管系统中的意义。该篇文章首先讨论了circRNA的性质及形成方式和它们的生物学功能,随后介绍了circRNA研究方法,最后讨论了circRNA在心血管系统中的表达及功能,并简单描述了circRNA作为生物标志物和治疗载体的潜在用途。为后期研究CircRNA对心血管疾病的发展和治疗提供新的见解。
文章首先介绍了circRNA生成的机制,如图1.

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图1 | 示意图显示了circRNA生物发生的三种机制。 在内含子配对驱动的环化和RNA结合蛋白(RBP)驱动的环化中,反向剪接事件(红色箭头)通过位于背侧拼接外显子侧翼的内含子中的互补序列的碱基配对或通过RBP引导 识别并停靠位于环形外显子侧翼的内含子中的特定基序。在套索驱动的环化中,在线性剪接期间形成环状RNA(circRNA)。这些circRNA可以来自内含子套索,其在前体mRNA(前mRNA)剪接(蓝色箭头)期间移除内含子时形成,或者来自外显子跳跃事件期间产生的含外显子的套索(绿色箭头)。在虚线框中,显示了由上述机制产生的三种类型的circRNA。

 

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图2 | circRNA检测的计算策略。 a | 在基于片段的策略中,RNA测序读数被分成片段(~25nt)并映射到参考基因组。在后拼接点处映射的片段将被保留。b | 在基于伪参考的策略中,构建了一个引用,其中包含每个基因的所有假定的反向拼接结(通过计算所有外显子-外显子边界组合)。读取预测的后拼接点处的地图被保留。c | 在基于k聚体的策略中,在每个基因的外显子边界(外显子的头部和尾部)附近提取短序列区段(k-mers <16nt)。然后分析RNA测序读数中那些k聚体的存在,并保留含有相对于参照的无序k聚体的读数。

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图3 |检测和操纵circRNA的实验方法。 a |环状RNA(circRNA)的PCR扩增需要不同的引物(红色箭头)。这些引物在线性RNA视角上是不同的,但是在circRNA上会聚。b |候选circRNA的循环性质可以通过用RNase R处理总RNA来验证,RNase R降解线性RNA但不降解circRNA。circRNA的另一个特征是不存在poly(A)尾。通过预先选择poly(A)+ RNA,可以通过PCR检测线性RNA,但不检测circRNA。c |为了特异性地下调circRNA,使用针对背面剪接点的小干扰RNA(siRNA)将RNA诱导的沉默复合物(RISC)靶向circRNA,从而触发其降解。只有背接和连接处的序列特异于circRNA而不存在于线性转录物中。 d |对于circRNA的过表达,使用含有circRNA序列侧翼的互补序列以促进环化的质粒。

 

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图4 | circRNA功能的机制。 a | 环状RNA(circRNA)可以作为microRNA(miRNA)海绵起作用并降低miRNA靶向mRNA的能力。b | circRNA可以作为RNA结合蛋白(RBP)的支架,以调节它们的活性或定位。c | circRNAs可通过与细胞核中的RNA聚合酶II(Pol II)机制和小核核糖核蛋白U1(snRNP U1)相互作用来调节转录。d | circRNA生物发生通过与线性mRNA剪接竞争影响宿主基因的表达。e | circRNA可能与翻译核糖体相关,并且在内部核糖体进入位点(IRES)依赖性和非依赖性方式中进行翻译。前mRNA,前体mRNA。

 

此外,文章总结了circRNA在正常心脏和心脏疾病以及心血管中的表达及功能。

 

总结:

 

circRNA对心血管疾病的发展和进展贡献的理解仍处于起步阶段,circRNAs作为生物标志物和治疗载体具较大潜力,未来几年更多circRNA在疾病中功能相关作用机制将会被揭示。

 

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