环状RNA的过去，如今与未来

“所有的奥秘都亲身经历三个阶段。第一，被嘲笑。第二，被惨烈指责。第三，被授权且是不言而喻的。”——Arthur Schopenhauer马蹄形RNA是近年来的研究者旅游者。近日，英国Brandeis国立大学昆虫系的Sebastian Kadener等人在EMBO上研究者年度报告了马蹄形RNA的研究者进展。BioArt对其同步进行了重写，以飨读者。马蹄形RNA（circular RNA， circRNA）是由径向后期制作（back-splicing）更进一步激发的计有价闭合为马蹄形RNA。其有着真核之中多样化，形态上倾向，秘密组织贫乏性表达单单来，较离地牢固，可在大脑秘密组织之中随衰翻倍等特性。并且，circRNA可以通过市场竞争后期制作模式与其对应的一维RNA游离同步进行反式缓冲。近来的媒体报道指单单它还有着反式缓冲新功能：某些circRNAs能与microRNAs化学键，一些可被英文翻译，缓冲突变反应和行为。本文研究者年度报告了昆虫circRNAs目前为止据信的常识，概述了circRNAs潜在新功能的除此以外学说，起源的概念，以及本科技领域或许的预见方向。基本上到现在表明：1976年，Sanger首次在类病毒之中表明了单链计有价闭合为马蹄形的RNA小分次子。第二份研究者是1979年Hsu刻画了不用自由末端的马蹄形RNA的贫乏于。比如说：断断续续的研究者声称circRNAs比如说于内源RNA。首篇此类媒体报道是在1991年，碰巧表明结肠癌遗传学若无凝缺失（DCC）愈演愈烈了非经典作品后期制作模式 (“scrambled exons”) RNA自然现象。随后，又表明了进化EST-1和Sry遗传学若无凝也有类似自然现象，显然这些有着scrambled exons的无polyA RNA都是circRNA。并且表明circSry有着秘密组织贫乏性，且贫乏于于3个不尽相同的激素亚种。激发：在最后的几年里头，再加量研究者提单单异议了这些小分次子激发的或许前提。这除此以外了结论：径向重复运用于对Sry的烯烃是需的；以及表明circRNA可以在躯外通过核生若无碱激发。分类学：随后的90年代中后期到20世纪初，研究者表明多种遗传学若无凝可以激发circRNAs，并且对推定的circRNAs同步进行了简单分类学为scrambled-exon，胺基酸芳基游离（exon-shuffling products），或者只是“非一维mRNA”。此一时期的研究者虽然显然了这些马蹄形RNA小分次子的贫乏于，但是对其潜在的影响并未充分认识。爆发式研究者：大概在2010年开始，RNA-seq高效率的其发展以及专供的算单单管道开发，了circRNA 研究者。在2010年以前，表明多肝细立方体昆虫之中有着在在种circRNA，其之中多数是较高表达单单来的，但是有些是较高丰度的。而且，在许多才但会，如circSry可以是该肠道遗传学若无凝（host gene）的主要游离。2013年的两篇评论除了显然多种哺乳昆虫之中贫乏于在在circRNA以外（野也有春天，小杂志开启大受欢迎科技领域），还声称CDR1as (ciRS-7) 和circSry，尽或许联结并缓冲特定microRNA的活性！另外，许多临时工都指单单在进化，獭，蝙蝠之中circRNAs是秘密组织和受精时空贫乏性表达单单来的。这些研究者还刻画了检验与定调circRNAs的与众不同工具。比如，统计分析RNase R程序中模式后的无polyA circRNAs硫化若无文库。这个工具尽或许硫化若无circRNAs，也能区隔真正的circRNAs和包涵scrambled exons的mRNAs。由于circRNAs junction的独特功用，对其检验和计量所需独有设计的昆虫信息学算单单管道。现而今，即使如此贫乏于大量的管道可以注解和量化circRNAs。在在的是新circRNAs侦测工具和管道也能侦测潜在的circRNAs之下径向后期制作的贫乏于。秘密组织贫乏性与受精阶段贫乏性：近年来，circRNAs的秘密组织贫乏性和受受精阶段缓冲而激发的功用被声称。计有五统一临时工指单单多种circRNAs在小脑之中较高丰度贫乏于，并且随着大脑其其发展和受精不断减低。而且，circRNAs激发被小脑活动缓冲，而且在微管躯、肝细立方体体、微管大脑纤维之中大量贫乏于。circRNAs普遍性贫乏于于大脑秘密组织的自然现象在衰老昆虫之中不够相对来说，积累了大量的circRNAs，只不过了circRNAs程度与肝细立方体分崩离析亲率圆形其所性。新功能与缓冲：仅仅，circRNAs可以反式和反式发挥新功能。2014年，Ashwal-Fluss表明circRNAs是与这两项后期制作计有RNA并且相互市场竞争的。因此，circRNAs的昆虫愈演愈烈避免了同一肠道遗传学若无凝mRNAs合为成的缩减。几个课题组检验了胺基酸后期制作和烯烃所所需之若无，声称了烯烃瞬时相对于在可烯烃胺基酸两翼的核酸大概。Ashwal-Fluss也只不过了缓冲蝙蝠之中circMbl游离的负反馈缓冲相交的贫乏于，在大獭之中检验了第一个策划胺基酸烯烃的蛋白（后期制作因次子muscleblind， MBL）以及其脊椎昆虫就是指若无muscleblind-like蛋白1（MBNL1）。随后的临时工检验了其他的RNA联结蛋白RBPs尽或许在不尽相同系统和昆虫之中基因表达胺基酸烯烃，除此以外RNA天冬氨酸脱氨复合物（ADAR），quaking（QKI），FUS，核因次子NF90/NF110，DHX9，皮肤后期制作缓冲蛋白ESRP1，丝氨酸/精氨酸较高包涵量蛋白。再次，目前为止的临时工即使如此说明了circRNAs与不尽相同系统有数的关的性。在大獭小脑，激素和进化肝细立方体之中贫乏于尽或许激发核苷酸躯的各别circRNAs；有的circRNAs与突变积极响应关的；几份年度报告声称了circRNAs在激素和大獭小脑以及骨髓之中有着新功能；大量研究者展示了circRNAs和癌症有关。这些其发展揭示科学界对circRNAs的意见愈演愈烈了清晰的变动，圆形现单单这个振奋人心和并能其发展的科技领域带入了早期彻底改变。1. circRNAs的激发1.1径向后期制作前提胺基酸比如说的circRNAs是通过径向后期制作的特定多种类型后期制作模式激发的，即一个5’后期制作供躯袭击下游3’后期制作核苷酸，形成3’-5’磷酸二酯键激发一个马蹄形的RNA小分次子。尽管绝大多数真核肝细立方体之中circRNAs都是由后期制作躯激发，不尽相同昆虫之中的具躯前提是不尽相同。与昆虫不尽相同，木本植若无之中的circRNAs从有着非常短的相辅相成基因序列甚至完全不用相辅相成性的长三核酸的两翼范围内而来。寻常的是，古生菌之中circRNAs的激发统一于后期制作躯，避免了各种各样的circRNAs，其之中只不过16%比如说于解码遗传学若无凝以及不够再加来自于胺基酸。多肝细立方体昆虫之中，早先媒体报道指单单后期制作核苷酸两翼于可烯烃胺基酸是最经典作品的，而且径向后期制作是通过后期制作躯执行。寻常的是，circRNAs普遍性包包涵比较简单胺基酸而且多比如说于解码胺基酸，特别是相对于于蛋白解码遗传学若无凝的5’UTR。这避免了径向后期制作通到由解码基因序列到解码基因序列（CDS-CDS）和5’UTR-CDS分成，更趋包包涵遗传学若无凝的第二个胺基酸。这或许与它们的昆虫愈演愈烈关的，所需相较于不等而言不够长三和不够较高效后期制作的核酸；一般而言第一个核酸满足上述两个规范。在许多才但会，circRNAs的激发是从十分复杂的径向后期制作立即。一些遗传学若无凝激发多种径向后期制作异构躯以及circRNAs，这只不过了径向后期制作和径向后期制作或许是新功能关的的。1.2 基因序列和蛋白驱动胺基酸烯烃胺基酸比如说的circRNAs的激发强力贫乏所列至再加一种前提：有着长三径向重复运用于或联结RBPs的核酸。两种前提都将circRNAs两翼的核酸们紧紧挨起来。多种昆虫之中，可烯烃胺基酸被长三核酸侧腹合为围，这些核酸许多都包涵大量的径向相辅相成配对。因此，核酸之中径向相辅相成重复运用于的贫乏于可以被用来预报胺基酸是不是有或许愈演愈烈烯烃。不尽相同亚种之中，径向相辅相成电容有着不尽相同的基序（motif）与丰度，对这些基序同步进行基因序列判读指示了或许的形态关联。此外，在核酸之有数和大概的径向重复运用于电容的分布区对circRNAs的数目与多种类型有着灾难性影响。尽管两翼核酸之中长三径向重复运用于促使了胺基酸烯烃，这些核酸之中贫乏于的其他径向重复运用于或许但会抑制作用核酸有数的化学键（inter-intronic interactions），这样一来的是核酸内的化学键（intra-intronic interactions）。后者更趋抑制作用胺基酸烯烃，或许是通过核酸有数二级之下结构市场竞争。RBPs介导了另一种前提。并非所有两翼包涵长三核酸的胺基酸都能被烯烃。许多可烯烃胺基酸两翼核酸之中包包涵径向重复运用于，这强力只不过了贫乏于胺基酸烯烃的其他前提。MBL与几个较离地倾向的核酸核苷酸联结，促使了其自身遗传学若无凝第二胺基酸的烯烃。mbl第二胺基酸两翼的核酸包包涵了短径向重复运用于，只不过尽或许牢固核酸有数化学键，但是在缺乏MBL联结时或许过强而不足以促使胺基酸烯烃。这强力地只不过了MBL促使烯烃是通过联结到两翼核酸从而促使核酸-核酸有数化学键。MBL小分次子或许愈演愈烈二聚化，把两个胺基酸末端带到一起，从而后期制作形成circRNA。其他RBPs，如QKI，FUS，ESRP1也能缓冲胺基酸烯烃。再次，大獭之中laccase-2遗传学若无凝比如说的circRNAs的昆虫愈演愈烈受到不尽相同RBPs的计有同缓冲，如异凝动物细立方体hnRNPs以及SR蛋白，只不过了给定胺基酸的烯烃效亲率或许是多种瞬时的整合为结果。这种通过核酸-核酸化学键促使烯烃愈演愈烈至再加均是从一维后期制作的空有数位阻（steric inhibition）。那么，促使或被打乱RNA之下结构的心理因素，或许变动circRNAs昆虫合为成。或许，近来临时工指单单通过dsRNA特异天冬氨酸脱氨复合物ADAR总编辑RNA，缓冲了circRNAs的合为成。而且，RNA解旋复合物DHX9通过被打乱基于ALU径向重复运用于的二级之下结构限制了circRNAs激发。DHX9与介导诱发的ADAR异构躯（p150）并不所需化学键，形成的复合为躯被打乱了RNA二级之下结构，除此以外许多尽或许促使胺基酸烯烃的之下结构。缩水DHX9加倍了circRNAs。这只不过是一个校正前提来缩减circRNAs的尤其激发，只不过了某些circRNAs不只是“机械加工缺失”或后期制作噪声。均涉及到dsRNA之下结构单单现的生若无躯情形也或许变动circRNAs合为成。比如，突变积极响应因次子NF90和NF110但会缓冲circRNAs激发。寻常的是，这些蛋白与RNA更进一步形成的dsRNA之下结构愈演愈烈化学键。NF90/NF110有点能牢固这种瞬时双股RNA小分次子，促使了各别circRNAs的径向后期制作。寻常的是，NF90联结核苷酸是选择性多样化于两翼核酸的ALU motif。因此，这些胺基酸的烯烃也可受到ADAR和/或DHX9基因表达。1.3 circRNAs合为成的基因表达circRNAs由RNA聚合为复合物IIRNA并且由后期制作躯激发。不可或缺的是，许多形成circRNAs的胺基酸不用径向后期制作，因此，一些较高丰度的circRNAs尽或许反式缓冲mRNA的激发。除此之外，circRNAs的激发更有与后期制作有关，还与较高效的裂解和polyA化关的。如果circRNAs的激发是与经典作品后期制作市场竞争，那么变动后期制作效亲率或许但会缓冲circRNAs的激发。通过缓冲反式后期制作因次子或变动RNA 聚合为复合物IIRNA凝聚态（被认为可以基因表达径向后期制作）可以变动后期制作效亲率。结果或许如此，缩水普遍性后期制作缓冲次子如SR蛋白SF2或当前后期制作躯电容（小动物细立方体颗粒U1亚单位70K和C）snRNP-U1-70K，snRNP-U1-C，preRNA机械加工8（Prp8，Slu7），肝细立方体分崩离析周期素40（CDC40），将游离从一维变成了circRNAs。比方说，抑制作用RNA中止减低了circRNAs合为成。1.4 circRNAs的裂解circRNAs不用自由末端因此并不用通用诸多经典作品RNA裂解捷径。躯外研究者指单单，大多数circRNAs都有着不够长三的核素（18.8-23.7h），而其一维对应若无是（4.0-7.4h）。circRNAs在躯内或许有着不够长三的核素，尤其是不分崩离析肝细立方体，比如，小脑之中随年龄减低的circRNAs积累或许是是从这些小分次子的牢固性与不分崩离析功用。与之相反，在较高速增殖的肝细立方体之中circRNAs有点不但会积累，或许是从分崩离析快于激发避免的挥发功用。仅仅，circRNAs裂解或许接续于一个核酸内切复合物，随后联合为脱氧核糖核酸和内切。小RNA介导的circRNAs裂解是目前为止为止检验最难的circRNAs裂解捷径。然而，唯一的例次子是CDR1as被miR-671裂解。CDR1as的数目被miR-671通过AGO2介导的裂解并不所需缓冲。寻常的是，CDR1as程度很或许是通过后期制作被miR-7缓冲的，并且贫乏于miR-671。近来的一份研究者只不过RNA修饰（m6A）促使了潜在可裂解circRNAs的核酸内切复合物的召募。另一项研究者表明HeLab肝细立方体一经poly（I：C）处理模式或EMCV感染即愈演愈烈整躯circRNAs的裂解。两种处理模式都避免了内切动物细立方体复合物Rnase L的激活以及circRNAs的裂解。除了裂解，circRNAs或许被肝细立方体外肠道。几项研究者侦测了外泌躯之中的circRNAs。然而，亦然不正确是不是circRNAs的肠道对降较高其立方体内程度有贡献。或者，circRNAs肠道或许形成了一个交流前提。总的来说，受限于不断减低的证据看出circRNAs是新功能小分次子，它的裂解、立方体外铁路运输都但会是预见研究者的不可或缺问题。2. circRNAs的特性和并不一定2.1 circRNAs的形态与此相反circRNAs贫乏于于绝大多数昆虫之中。它们是如何形态的？circRNAs与此相反有多个层面。第一个是直系就是指orthologous或旁系就是指paralogous核苷酸都可激发circRNAs。某些circRNAs激发于不尽相同亚种之中比方说的或完全相同的胺基酸。这种才但会，与此相反或许集中于circRNAs两翼的均后期制作核苷酸。一份通过mapping烯烃后期制作核苷酸的研究者统计分析了从进化和激素小脑比如说的circRNAs，结果指单单，大约1/3侦测的circRNAs计有享两个后期制作核苷酸，1/3计有享一个后期制作核苷酸，指单单了在哺乳昆虫小脑之中非常较离地的与此相反。再次一个程度是circRNAs内新功能电容的与此相反。这或许除此以外了RBPs联结核苷酸，miRNA，或circRNAs内新功能性二级之下结构所必需电容。比如，Rybak表明了短径向重复运用于基因序列（某些或许是RBP联结核苷酸）在circRNAs胺基酸之中硫化若无，指单单了烯烃胺基酸之中不够较高程度的与此相反。2.2秘密组织或受精阶段以及亚肝细立方体相对于贫乏性表达单单来激发circRNAs的遗传学若无凝较高包涵量小脑关的遗传学若无凝。因此，大脑秘密组织之中较高包涵量circRNAs也就不奇怪了。circRNAs多样化于CNS之中是所有研究者亚种之中的普遍性特性。CNS之中circRNAs的显着多样化或许是从1个或多个心理因素。首先，小脑，不够特别的，在整个身躯之中小脑乏善可陈单单最较高程度的径向后期制作。而circRNAs的昆虫合为成可以被并不一定为一种独有多种类型的径向后期制作。第二，circRNAs核素长三，并且小脑一般而言不但会分崩离析，circRNAs仅仅可以在小脑受精和衰老更进一步之中不停积累甚至较高效亲率激发。circRNAs在激素蝙蝠之中随着衰老在小脑之中大量翻倍，只不过了circRNAs或许策划衰老关的的小脑疾病。在肝细立方体遗传学若无凝亲率与circRNAs数目之有数贫乏于强力的其所。因此，积累或许是小脑之中较高程度circRNAs主要的原因。circRNAs另外一个寻常功用是其亚肝细立方体相对于。circRNAs主要相对于于肝细立方体凝之中。而且，媒体报道看出小脑之中circRNAs相对于在肝细立方体核，肝细立方体体和微管躯。寻常的是，一些circRNAs乏善可陈单单受精阶段特异的核-凝转换相对于。近来的研究者检验了大獭Hel25E和进化UAP49/56作为circRNAs核苷酸躯输单单的关键性因次子，并且以贫乏circRNAs长三度的模式功用。在绝大多数才但会，circRNAs计有有的唯一的特性就是马蹄形功用，胺基酸通到蛋白的贫乏于，以及不贫乏于披风之下结构和polyA尾巴。因此，辨认和外输的前提需不仅较离地特异于独有circRNAs也需辨认一个或多个这些特性。circRNAs相对于到肝细立方体核，肝细立方体体以及微管也是很有意思的。亦然不正确这种相对于是由于定向铁路运输还是不规则后滞留。全面性的遗传学和生化实验所需说明了驱动circRNAs在小脑之中亚肝细立方体相对于的前提。目前为止为止，亦然不用研究者为了让活肝细立方体三维年度报告circRNAs游离和铁路运输，而此类工具就但会是检验这些假说的关键性。而且，这个科技领域即使如此缺乏对不尽相同立方体内区室之中circRNAs小分次子数目和多种类型的正确刻画。2.3 circRNA作为miRNA新功能的缓冲次子一些长三非解码RNA可以通过选择性溶解（sponging）缓冲miRNA程度和/或活性。研究者指单单某些circRNAs包涵许多miRNA联结核苷酸，表明这些circRNAs也可以作为miRNA海绵。比如，CDR1as有着73个seed-binding 核苷酸对miR-7，并且，AGO2 CLIP数据指单单或许有许多miR-7联结到了这些核苷酸上。CDR1as响除激素之中miR-7程度温和但显双脚急剧下降，而miR-671减低，只不过了这个circRNAs的贫乏于牢固了miR-7，而使miR-671不牢固。因此，CDR1as或许在某些瞬时下缓冲了miR-7的存储和扣留。CDR1as也尽或许铁路运输和扣留miR-7到独有立方体内隔室，缓冲miR-7新功能。这个新功能或许在预见被为了让来铁路运输基于miRNA的治疗。虽然对circRNAs基因序列完全的侦测以及AGO2 PAR-CLIP数据的统计分析揭示了绝大多数circRNAs不用尤其联结到miRNA，即使如此有其他例次子如circSry，circHIPK，circFOXO3，circITCH，circBIRC6，它们都能与miRNA联结发挥新功能性功用。为了让AGO-RIP和CLIP高效率对侦测是不是贫乏于circRNAs与miRNA有数并不所需化学键十分关键性。协作响除和响较高肝细立方体系研究者circRNAs与推定的miRNA新功能和程度有数化学键也很不可或缺。2.4 circRNAs的英文翻译2017年，几个课题组媒体报道了circRNAs可被英文翻译。寻常的是，可英文翻译circRNAs趋向于运用于与肠道遗传学若无凝比方说的接续tRNA，而中止tRNA则是形态倾向的且特异于马蹄形ORF。该研究者还表明circRNAs是被膜氨酸的核苷酸躯英文翻译。另外的研究者表明接续tRNA下游的RRACH基序(R=G or A； H=A， C or U) 之中的A被突变时，可以提较高circRNAs的英文翻译。由于circRNAs包包涵5’披风，它的英文翻译是披风统一的。或许，某些英文翻译circRNAs有着之下核苷酸躯带入核苷酸（IRES），尽或许在躯内和躯外以披风统一的模式英文翻译。寻常的是，绝大多数circRNAs预报的是与其肠道遗传学若无凝解码核苷酸躯的N末端范围内完全一致。这种缩短了的核苷酸躯或许但会市场互补性抑制作用其mRNA全长三对应若无。RNA因次子Mef2或许就是一个例次子。受限于这个科技领域的并能其发展，我们下半年在最后几年就能看到circRNAs英文翻译以及激发的生若无躯效应的研究者单单现。3. circRNAs 作为圈套、铁路运输器或木板由于circRNAs尽或许长三时有数贫乏于以及联结RBPs，它们尽或许作为这些因次子的圈套或者转运次子。在某些才但会，circRNAs和肠道遗传学若无凝蛋白可并不所需或有数接地同步进行交互功用。circMbl有点就是如此，它或许就隔断/转运了MBL蛋白。这是假定的circMbl负反馈缓冲相交的一个组分。2016年，一项研究者首次指单单circANRILl可以作为一个蛋白木板。在NIH3T3激素成纤维肝细立方体，circFOXO3被表明能分别与p21和CDK2化学键。circFOXO3-p21-CDK2三元蛋白的形成顾虑了CDK2的新功能，随后抑制作用了肝细立方体周期但会话。3.1评估circRNAs的躯内新功能研究者表明，响除CDR1as激发了大脑失调关的的行为学表型。cia-cGAS (Cyclic GMP-AMP synthase) 一般而言较高表达单单来于长三期培养HSC核苷酸躯之中，尽或许联结cGAS，顾虑了它的激活。Cas9响除cia-cGAS北岸的两翼核酸之中径向相辅相成基因序列抑制作用其表达单单来后，cia-cGAS缺失激素之中长三程HSC肝细立方体群躯缩减，并且升较高了骨髓之中type I介导的产量，最终避免干肝细立方体耗竭。除此以外研究者指单单，运用于遗传学解码的shRNA针对径向后期制作通到响较高circMbl。当全身响较高circMbl时，避免端粒复合物变动，雄性受精致死，行为缺失，翅膀姿势及滑翔的缺失。当响较高CNS之中的circMbl时，避免了不正常的微管新功能。3.2 circRNAs的其他潜在新功能circRNAs或许还有什么样的小分次子新功能呢？circRNA有着一个令人着迷的特性即极其牢固并且随时有数积累。因此，circRNAs可以作为肝细立方体RNA历史的小分次子知觉小分次子或者“滑翔通讯设备”。从生若无躯学论述来看，长三时有数贫乏于的circRNA或许作为有着蛋白解码意念的存储库。一经受精变动或利诱，这些存储器或许被英文翻译为缓冲利诱积极响应或生若无躯变动的核苷酸躯。微管之中circRNA的本底英文翻译或许是非常不可或缺的。因为circRNAs联结与RBPs，如miRNAs一样，circRNAs或许通过联结，先以和扣留它们的运输到独有立方体内区室而发挥功用。不够全面性地受限于circRNAs贫乏于于囊出水，它们可以被铁路运输到整个身躯，然后被独有秘密组织接收，作为瞬时小分次子发挥功用。另外，一个circRNA可以承载1个或几个运输小分次子（miRNA，RBPs），因此可以作为药若无铁路运输扣留的载躯。4.结论与预见本文研究者年度报告里头基本上的研究者，指单单circRNAs有着多种新功能，可以作为蛋白木板，召募其他多种类型RNA，并且通过联结miRNAs影响RNA沉默、英文翻译和特异mRNA的裂解；小脑之中circRNAs的不圆锥分布区只不过了并不所需肝细立方体有数铁路运输的或许性；circRNAs尽或许解码从到蛋白，虽然目前为止并不知道绝大多数或许的蛋白的生若无躯新功能，很有或许他们但会与其肠道遗传学若无凝一维RNA解码全长三蛋白计有享某些能力也。由于RNA高效率的稳步其发展，我们下半年最后circRNAs科技领域就但会有长三足的其发展。全面性的对circRNAs相对于，转运，活肝细立方体凝裂解，比较简单的circRNAs化学键组，以及单肝细立方体图谱的理解都将在这个科技领域取得进步。类似单单处：Patop IL1, Wüst S1, Kadener S1.Past, present, and future of circRNAs.EMBO J. 2019 Aug 15;38(16):e100836. doi: 10.15252/embj.2018100836. Epub 2019 Jul 25.