circRNAs(Circular RNAs,环形RNA分子)是一类不具有5' 末端帽子和3' 末端poly(A)尾巴,并以共价键形成环形结构的非编码RNA分子。circRNA是由非经典剪接方式进行反向剪接而形成。
1971年。研究者在马铃薯纺锤块茎病的研究中,发现类病毒(Viroids)能侵染植株并导致死亡。与病毒不同的是,类病毒没有蛋白质外壳包被,基因组是单链、闭合、RNA分子。[1]
1979年洛克菲勒大学的Hsu和Coca-Prados在电子显微镜下观察到的真核细胞细胞质中观测到环状RNA的存在。
1993年在小鼠精子决定基因Sry中发现环状转录。
2006年在果蝇中发现来自于Muscleblind的未知环状转录本。
2012年,Salzman通过RNA-Seq方法首次报道了~80个环状RNA。至此借助于高通量测序技术,环状RNA(circular RNA)验明正身进入科研视界。大量的circRNA分子被相继发现,Jeck 等在人类成纤维细胞中检测出了高达 25000 多种的circRNA;而Memczak等通过RNA-seq 数据结合人白细胞数据库鉴定出 1950种人类circRNA、1903种小鼠circRNA (其中81种与人类circRNA相同) 和724种线虫circRNA。虽然circRNA大规模研究时间不长,但重量级文章陆续在NSC等期刊上发表,研究热潮已然升起。
(1)circRNA由特殊的可变剪切产生,大量存在于真核细胞的细胞质中,但少部分内含子来源的circRNA则存在于细胞核内,具有一定的组织、时序和疾病特异性;
(2)广泛存在于人体细胞中,有时甚至超过它们线性异构体的10倍之多;
(3)与传统的线型RNA(linear RNA,含5'和3'末端)不同,circRNA分子呈封闭环状结构,不易被核酸外切酶RNaseR降解,比线性RNA更稳定;
(4)具有高度保守性,部分具有快速的进化性改变;
(5)大多数来源于外显子,少部分由内含子直接环化形成;
(6)部分circRNA分子含miRNA应答元件(miRNAresponse element,MRE),可充当竞争性内源RNA(competing endogenousRNA,ceRNA),与miRNA结合,在细胞中起到miRNA海绵的作用,进而解除miRNA对其靶基因的抑制作用,上调靶基因的表达水平;
(7)可以翻译成蛋白质,但大部分是非编码RNA。
circRNA通过非经典剪接方式进行反向剪接形成。一种模型认为pre-RNA 的转录过程中由于RNA发生了部分折叠,拉近了原本非相邻的外显子,从而发生了外显子跳跃( exon skipping ) ,使得被跨越的区域形成了环形RNA中间体,进一步通过套索剪接形成由外显子构成的环形RNA分子。另一种模型认为,位于内含子区域的反向互补序列导致了内含子区域配对介导反向剪接从而形成环形RNA分子.