circRNA研究策略：染色体易位产生的融合环状RNA在肿瘤发生中的作用

染色体易位导致产生的融合基因已经成为了一个重要的肿瘤发生来源之一。然而，我们对基因组变化产生的融合非编码RNA对肿瘤发生的影响依然知之甚少。在此，哈佛大学医学院的研究人员发现，染色体易位不仅能够产生特殊的融合基因，还能够产生特殊的circRNA（fusion-circRNA，f-circRNA）。这些f-circRNA广泛参与了细胞转化、促进细胞生存能力，使得这些细胞更具有肿瘤特性，更有可能转化为肿瘤细胞。该工作的成果让人们对肿瘤发生有了更加深入的了解，同时拓展了人们对circRNA分子机制的知识面。该工作也由于其突破性成果发表于2016年的Cell杂志上。

究思路

研究结果

f-circRNA是肿瘤细胞中染色体易位的特殊产物

现代医学研究已经确认多种肿瘤起源于染色体易位。这些染色体重新分布首先出现在基因组上两个独立基因并排排列，然后转录出一个融合的成熟mRNA，最终翻译出特殊的融合蛋白。由于这些染色体区段出现非正常排布，研究人员怀疑其中的内含子同样会同基因一样重新排布，这些内含子包括环状RNA形成必不可少的ALU序列。ALU序列的重排可能会形成一些肿瘤细胞中特有的circRNA，并对肿瘤发生产生特殊的影响。为了验证这个假设，研究人员以白血病中的PML/RARα基因为研究对象，对f-circRNA进行了分析。PML/RARα的染色体易位被认为是早幼粒细胞白血病出现的常见征兆。白血病患者与正常人的总RNA在抽提后经过RNaseR处理，被用于特殊引物的扩增（图1）。结果发现，所有PML/RARα出现易位的白血病患者均扩增出了至少一个的f-circRNA（图1）。

随后，研究人员将研究范围扩大到另一个白血病重要发生因子之一的MLL与其融合成员AF9上。结果发现，MLL/ AF9的易位产生了2个融合circRNA（f-circM9_1以及f-circM9_2）(图1）。该结果也被RNA测序所确认（具体RNA测序筛选标准可以参考文献）。

图1: f-circRNA来源于染色体易位

f-circRNA是导致癌细胞分化的促癌RNA因子

为了对这些特殊的f-circRNA进行深入的表型研究，研究人员对f-circPR and f-circM9_1

进行了过表达株系的构建。结果发现，过表达f-circPR and f-circM9_1导致了细胞增殖能力显著的增强，意味着f-circRNA确实能够促进肿瘤发生（图2）。

图2: f-circRNA是导致癌细胞分化的促癌RNA因子

f-circRNA在体内促进白血病的发生
研究人员为了进一步研究f-circRNA在肿瘤发生过程中的功能，对其中一个f-circRNA f-circM9进行了过表达转基因小鼠模型构建。但是却没有发现f-circM9的过表达会直接导致肿瘤发生，意味着其他一些未知的辅助因子可能存在于f-circRNA调控白血病发生的模型中。

由于染色体易位能够同时产生f-circRNA以及f-linear RNA，研究人员对f-circM9的线性化状态的MLL/AF9基因进行了深入分析。结果发现，2个月后的转基因小鼠陆续出现白血病症状（图3）。同时该结果也在细胞系中获得了证实。这些体内数据充分证明了f-circRNA导致了白血病的产生。

图3: f-circM9在体内促进白血病的发生

肿瘤细胞通过f-circRNA抵抗药物治疗

疾病的复发与转移始终困扰着传统的对白血病的治疗。复发的起源往往在于肿瘤细胞对治疗手段的抵抗能力。由于f-circRNA在肿瘤细胞扩增中至关重要，研究人员对肿瘤细胞进行了药物干扰试验，验证f-circRNA子其中的生物学意义。实验分为了体内与体外两个部分进行，治疗的药物为砒霜（Arsenic trioxide，ATO）。结果发现，f-circM9在药物治疗的环境下保护了白血病肿瘤细胞（图4），并且使得肿瘤细胞体积增大数量增多。该结果在将治疗药物改变为阿糖胞苷（cytarabine，Ara-C）后同样获得了证实。

图4: f-circM9在肿瘤细胞中抑制治疗的效果

文章来源：伯豪生物