cirRNA是非編碼RNA中的一大類，它由一種非經(jīng)典剪接方式——反向剪接(backsplicing)產(chǎn)生；當(dāng)反向剪接發(fā)生時(shí)，下游剪接位點(diǎn)與上游剪接位點(diǎn)共價(jià)連接閉合。雖然類病毒不是由反向剪接機(jī)制產(chǎn)生的，但是它們是40多年前首次發(fā)現(xiàn)的環(huán)狀RNA分子。幾年后，通過(guò)電子顯微鏡在真核細(xì)胞系的細(xì)胞質(zhì)組分中觀察到circRNA。然而當(dāng)時(shí)它們主要被認(rèn)為是由異常剪接事件產(chǎn)生的“垃圾”，只有來(lái)自性別決定區(qū)Y（Sry）基因的睪丸特異性circRNA被認(rèn)為可能具有功能（在小鼠睪丸中）。近年來(lái)，高通量RNA測(cè)序（RNA-seq）和circRNA特異性生物信息學(xué)算法已經(jīng)在真核生物中鑒定了數(shù)千種circRNA，包括真菌，原生生物，植物，蠕蟲(chóng)，魚類，昆蟲(chóng)和哺乳動(dòng)物，并且發(fā)現(xiàn)它們具有組織特定的表達(dá)模式。
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其實(shí)以前我們實(shí)驗(yàn)室主要做lncRNA，偶爾也做一些circRNA。最近這2年，手頭有幾個(gè)關(guān)于circRNA的項(xiàng)目，所以趁空閑就準(zhǔn)備系統(tǒng)學(xué)習(xí)一下circRNA的知識(shí)。
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絕大多數(shù)cirRNA由已知的蛋白質(zhì)編碼基因表達(dá)，由單個(gè)外顯子或多個(gè)外顯子構(gòu)成。由線性RNA的所有基本類型的可變剪接產(chǎn)生的產(chǎn)物都可以在circRNA中發(fā)現(xiàn)，而一些circRNA包含的外顯子在線性轉(zhuǎn)錄本中卻沒(méi)有。盡管缺乏聚腺苷酸化（poly（A））和加帽，但circRNA通常定位于細(xì)胞質(zhì)。然而，內(nèi)部的內(nèi)含子保留可能導(dǎo)致產(chǎn)生含來(lái)自外顯子和內(nèi)含子序列的circRNA（稱為exon-intron circRNA），并且在經(jīng)典的剪接過(guò)程中內(nèi)含子套索的脫支失敗可導(dǎo)致環(huán)狀內(nèi)含子RNA（ciRNA）產(chǎn)生；exon-intron circRNA和ciRNAs位于細(xì)胞核中，這些circRNA通過(guò)與U1小核核糖核蛋白（snRNP;例如circEIF3J和circPAIP2）的相互作用或通過(guò)正調(diào)節(jié)RNA聚合酶II介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄（Pol II）促進(jìn)其親本基因的轉(zhuǎn)錄（如ci-ankrd52）。
雖然反向剪接一般不如線性剪接的效率高，但是circRNA具有很高的穩(wěn)定性，可以以時(shí)間調(diào)節(jié)的方式在特定的細(xì)胞類型中累積。這種高穩(wěn)定性可能是它們共價(jià)閉合的環(huán)結(jié)構(gòu)保護(hù)這些分子免受核酸外切酶介導(dǎo)的降解的結(jié)果。盡管circRNA通常表達(dá)的水平低于其線性對(duì)應(yīng)物，但對(duì)于許多基因而言，circRNA是主要的轉(zhuǎn)錄物，并且大多數(shù)產(chǎn)生circRNA的基因座可能存在經(jīng)典剪接和反向剪接之間的競(jìng)爭(zhēng)。
在動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)，大量的circRNA在神經(jīng)發(fā)生過(guò)程中被上調(diào)，并且一些circRNA在突觸中富集。然而，盡管已經(jīng)提出了circRNA在發(fā)育過(guò)程中神經(jīng)元中的許多不同功能和作用機(jī)制，但是是否一般終末分化的細(xì)胞（例如神經(jīng)系統(tǒng)中的細(xì)胞）更活躍地產(chǎn)生circRNA，又或者由于circRNA的高穩(wěn)定性導(dǎo)致其在非增殖細(xì)胞中累積，還不清楚。與神經(jīng)組織相比，circRNA通常在癌癥和其他細(xì)胞增殖率高的疾病中下調(diào)，可能是因?yàn)樗鼈冊(cè)谶_(dá)到穩(wěn)定水平之前被增殖稀釋。迄今為止，circRNA已經(jīng)涉及多種人類疾病，包括糖尿病，神經(jīng)系統(tǒng)疾病，心血管疾病，慢性炎癥性疾病和癌癥，并且circRNA在衰老期間累積。
模式植物水稻和擬南芥轉(zhuǎn)錄組研究顯示環(huán)狀RNA廣泛分布于植物中，同時(shí)植物環(huán)狀RNA與動(dòng)物一樣存在特定的時(shí)空表達(dá)模式；此外，植物環(huán)狀RNA與動(dòng)物相比具有一些明顯的特征，如非non-GT/AG剪切信號(hào)的環(huán)狀RNA大量存在。
但是從植物里面大多數(shù)circRNA發(fā)表的文章來(lái)看，很多都還處在鑒定階段，真正功能研究比較好的例子還很少，比lncRNA的研究還滯后。
circRNA形成機(jī)制
1. 剪切子依賴的生物合成途徑
實(shí)驗(yàn)表明，外顯子環(huán)化效率依賴于外顯子附近出現(xiàn)的經(jīng)典剪切位點(diǎn)，通常反向剪切效率要低于同位置的線性轉(zhuǎn)錄本，這可能是由于剪切子在反向剪切位點(diǎn)位置上的組裝不利于下游5'端和3'端的連接（1a），但是這些剪切子如何參與該過(guò)程并不明確。
2. 順式作用元件促進(jìn)的生物合成途徑
大多數(shù)的circRNA包含2、3個(gè)外顯子，這看似除了剪切位點(diǎn)以外沒(méi)有特定的外顯子序列用于反向剪切；此外，同一個(gè)基因通過(guò)可變剪切能夠產(chǎn)生多個(gè)circRNA（1b）,但是需要注意的是反向剪切可能對(duì)外顯子的最小長(zhǎng)度有限制。在這些過(guò)程中，環(huán)化的外顯子側(cè)翼內(nèi)含子中頻繁的出現(xiàn)調(diào)控元件，例如形成RNA雙鏈結(jié)構(gòu)將顯著增強(qiáng)反向剪切（1b），反向剪切的效率還受到側(cè)翼內(nèi)含子或包含在內(nèi)的內(nèi)含子序列與RNA配對(duì)過(guò)程競(jìng)爭(zhēng)的影響（1c）。另外，內(nèi)含子序列中短的順式作用元件能夠識(shí)別RNA結(jié)合蛋白（PBRs）從而促進(jìn)外顯子環(huán)化。
3. RNA結(jié)合蛋白介導(dǎo)的調(diào)控合成途徑
除了順式作用元件，實(shí)驗(yàn)表明，過(guò)表達(dá)RBPs或者在側(cè)翼內(nèi)含子序列中添加RNA蛋白結(jié)合位點(diǎn)能夠促進(jìn)circRNA的表達(dá)，例如Mbl（1d）、QKI（1e）。同樣也存在抑止circRNA表達(dá)的蛋白Adenosine deaminase 1 acting on RNA (ADAR1)，主要通過(guò)adenosine-to-inosine(A-to-I) 編輯途徑減少互補(bǔ)配對(duì)、破壞RNA pairs來(lái)減少反向加剪切過(guò)程（1f）。最近的研究表明，黑腹果蠅Laccase2基因反向剪接過(guò)程受內(nèi)含子重復(fù)片段、多種hnRNP（異質(zhì)核核糖核蛋白（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein））和SR（Ser / Arg）蛋白共同調(diào)控。
CircRNA的調(diào)控功能
1. miRNA海綿
實(shí)驗(yàn)表明，在細(xì)胞質(zhì)中circRNA以競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)合miRNA的方式來(lái)調(diào)控基因表達(dá)。支撐這個(gè)模型最好的例子就是ciRS-7 (circular RNA sponge for miR-7)，ciRS-7由人類和小鼠大腦中cerebellardegeneration related 1 (CDR1);基因轉(zhuǎn)錄而來(lái)(2a)，包含超過(guò)60個(gè)miR-7結(jié)合位點(diǎn)。通用在小鼠中，sex-determining region Y (circSRY); 包含16個(gè)miR-138。但是在研究中人和小鼠circRNA中只有很小的一部分包含miRNA靶位點(diǎn)，這指出大多數(shù)circRNA可能不起miRNA海綿的作用。
2. 調(diào)控轉(zhuǎn)錄
雖然大多數(shù)circRNA定位于細(xì)胞質(zhì)中，但是包含內(nèi)含子的circRNA更可能被限制在人體細(xì)胞的細(xì)胞核中發(fā)揮作用，例如circular intronic RNAs (ciRNAs)通過(guò)與延長(zhǎng)的Pol II復(fù)合物相互作用促進(jìn)轉(zhuǎn)錄過(guò)程(2b)，或者exon–introncircRNAs (EIciRNAs能夠與U1 snRNP (small nuclear ribonucleoprotein) 、編碼基因的啟動(dòng)子相互互作調(diào)控轉(zhuǎn)錄(2c)。
3. 影響剪切過(guò)程
CircRNA通常來(lái)自蛋白質(zhì)編碼基因的中間外顯子。因此，circRNA的加工可能影響前體mRNA的可變剪接，可能導(dǎo)致基因表達(dá)及環(huán)化的外顯子改變(2d)。外顯子跳躍是人前mRNA中最常見(jiàn)的可變剪接事件，在理論上，circRNA形成應(yīng)當(dāng)與線性mRNA中的外顯子跳躍正相關(guān)(2d)，然而，并非所有跳過(guò)的外顯子都能產(chǎn)生circRNAs，這表明其他調(diào)節(jié)因子可能會(huì)影響外顯子跳躍后的外顯子環(huán)化過(guò)程。
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