Cell Research | circRNA与mRNA在肿瘤中的相反作用

来源：BioArt

环状RNA（circRNA）是一类内源性主要由反向剪接形成的、没有5’端帽子和3’端多聚腺苷酸尾巴的环状闭合结构。circRNA被发现已经有20多年的历史，最初认为circRNA是基因剪切的副产物，并无显著功能。随着二代测序技术的兴起以及分析手段的进步，越来越多的circRNA逐渐被发现【1】。2012年，斯坦福大学和霍华德休斯医学研究所的科学家在Plos One发表的一项研究首次证实，人体细胞的基因表达时，环形RNA分子是细胞内非常普遍存在的（野百合也有春天，小杂志开启大热门领域）【2】。随后2013年在Nature杂志同期刊发两篇关于环状RNA功能的研究，证明了环状RNA在生物体内具有重要的功能【3,4】。目前的研究表明，circRNA在哺乳动物细胞中具有内生、丰富、保守、稳定、组织特异性、时空特异性等特点，且亚细胞定位存在差异【5】。大量研究发现它可以通过多种机制参与动物生长发育调控，疾病等的发生和发展。

近日，来自Harvard Medical School 的Pier Paolo Pandolfi教授在Cell Research杂志上发表了题为：Intragenicantagonistic roles of protein and circRNA in tumorigenesis 的文章，证实了来自Zbtb7a基因的circRNA与其产生的线性mRNA在肿瘤的发生发展中起着相反的作用。

Pier Paolo Pandolfi教授长期致力于抑癌基因抑癌机制的研究，在明星抑癌分子PTEN蛋白领域做出了许多杰出的工作，包括最近的广为流传的在Science杂志发表的西兰花提取物具有较强的抑癌作用。除PTEN蛋白以外【6】，作者在2013年发表在Nature genetics上的文章报道了 Zbtb7a蛋白能够显著抑制前列腺癌的发生发展【7】。作者后期的研究专注于小RNA的研究领域，做出了系列杰出的工作。

这篇文章中，作者发现， Zbtb7a基因能够产生circRNA。作者通过传统的PCR的方式，以及多种手段，鉴定了Zbtb7a基因的所有的潜在的可能产生的circRNA. 作者发现，该基因有且仅有一种circRNA分子，将其命名为circPOK，该环状RNA由Zbtb7a基因的第二个外显子首尾相连而成，且在人，小鼠中均存在，序列高度保守。作者进一步通过circFISH 以及分离细胞的核浆组分方法发现该circRNA在细胞质以及细胞核中均有定位。

有趣的是，作者在研究该circRNA功能的时候发现，该基因所转录的线性mRNA（即编码Zbtb7a蛋白的mRNA）和circPOK在肿瘤组织的表达并不一致，线性mRNA分子在肿瘤组织中表达下调，这与之前报道的该基因具有抑癌功能一致，但是circPOK在肿瘤组织中却处于上调的状态。由此提出假设：是否circPOK与线性mRNA具有相反的功能？作者对这一有趣的现象进行了详细研究。作者基于前期构建的Zbtb7a基因第二个外显子敲除的小鼠模型，通过回转circPOK以及单独的线性mRNA分子，从而检测该基因的mRNA以及circPOK分别的功能，作者发现，无论是细胞水平的实验，还是小鼠水平的实验， circPOK具有显著的促癌功能，过表达circPOK的肿瘤体积更大，恶性程度更高，这一结果与线性的mRNA功能正好相反。另外，如果在肿瘤细胞中特异性地使用targeting到junction site的shRNA（即只能特异性地敲低circPOK，并不影响线性mRNA的水平），发现，在敲低circPOK后，肿瘤细胞的增殖能力显著降低，说明了circPOK具有较强的促癌作用。

circPOK是如何促进癌症发生的？首先作者想到的是否circPOK影响了该基因mRNA的功能，通过一系列实验发现并无显著影响。作者也检测了circPOK是否能够编码出蛋白，作者发现circPOK并不能编码蛋白或者多肽。进一步的circPOK-pulldown实验发现， circPOK能够与ILF2/3相互作用，并且通过FISH，以及ChIRP等实验证实了circPOK能够与ILF2/3在细胞核中相互作用。ILF2/3已经被证明能够通过转录以及转录后水平调控一系列细胞因子以及促进血管生成的基因的表达，从而发挥促癌作用。作者检测了circPOK是否能够通过ILF2/3调控这一过程，作者发现，circPOK可以显著上调一些促癌细胞因子以及一些血管生成基因的表达，从而促进肿瘤的发生发展。当把ILF2/3敲除后，circPOK的促癌功能显著降低。

综上所述，作者通过多种实验手段，证实了Zbtb7a 基因能够编码circPOK，并且circPOK与线性的Zbtb7a基因的mRNA功能相反，具有较强的促癌功能，深入了大家对于抑癌基因功能的认识。也为circRNA的研究提供了新的思路。

近年来，circRNA的功能研究逐渐证明，circRNA不仅能够与miRNA结合，调控miRNA的功能，还能够通过编码一些具有生物功能的peptide发挥生物学功能，也能够通过与一些蛋白的结合，调控这些蛋白的功能，从而发挥相应的生理功能。circRNA的重要作用逐渐被报道，已经成为相关领域的研究热点。circRNA功能的进一步阐明，对于癌症的发生发展机制的研究，免疫系统功能的研究都具有重要的作用，也为后续治疗手段的开发提供了新的思路。