Identifying and Characterizing circRNA-Protein Interaction

鑒定和表征circRNA-蛋白質(zhì)相互作用

    期刊：Theranostics；影響因子：8.537

    發(fā)表單位：多倫多新寧醫(yī)院

    circRNA-蛋白質(zhì)結(jié)合的類型及其功能以及未來(lái)應(yīng)用的前景的綜述。

    circRNA可以作為miRNA海綿起作用，從而降低它們靶向mRNA的能力。我們假設(shè)circRNA可以將蛋白質(zhì)結(jié)合，儲(chǔ)存，分類和隔離到特定的亞細(xì)胞位置，并充當(dāng)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的動(dòng)態(tài)支架分子。在這里，我們回顧了circRNA-蛋白質(zhì)相互作用的生物學(xué)意義和功能，并揭示了各種組織，發(fā)育階段和生理?xiàng)l件中相互作用的動(dòng)態(tài)模型。用于鑒定和表征動(dòng)態(tài)RNA-蛋白質(zhì)相互作用的改進(jìn)技術(shù)可闡明與circRNA的表達(dá)和功能多樣性相關(guān)的分子機(jī)制。

    circRNA主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，并已在培養(yǎng)基的外泌體中發(fā)現(xiàn)。circRNA與組織和器官發(fā)育有關(guān)，并且可能在各種疾病過(guò)程中發(fā)揮作用，其功能仍然很大程度上未知：

    （1）少數(shù)circRNA通過(guò)作為miRNA的“海綿”起作用；

    （2）一些circRNA可以“海綿”其他因子，例如RNA結(jié)合蛋白；

    （3）大量表達(dá)的環(huán)狀RNA可能具有其他未知的調(diào)節(jié)功能；

    （4）增加的證據(jù)表明環(huán)狀RNA可能不是真正的非編碼RNA類型，至少其中一些是可翻譯的。

    盡管許多circRNA可能具有生物學(xué)功能，但仍有可能大量的circRNA實(shí)際上可能是前體mRNA剪接的無(wú)關(guān)緊要的副產(chǎn)物。

    一些RNA結(jié)合蛋白（RBP）可以與circRNA結(jié)合形成circRNA及其同源mRNA之間的競(jìng)爭(zhēng)，其中RBP影響翻譯。部分內(nèi)源性細(xì)胞溶質(zhì)circRNA可以作為調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用的支架。此外，我們的研究表明部分circRNA可通過(guò)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用來(lái)調(diào)節(jié)其結(jié)合蛋白的表達(dá)。

    對(duì)circRNA序列的全局生物信息學(xué)分析表明，與其線性mRNA相比，circRNA在RBP的結(jié)合位點(diǎn)沒(méi)有顯示富集。然而，circRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)在確定蛋白質(zhì)結(jié)合能力方面可能比線性RNA序列更有影響。迄今為止，主要通過(guò)RNA pull-down測(cè)定或RNA免疫沉淀（RIP）分析circRNA和蛋白質(zhì)之間的相互作用。

    （1）在RNA pull-down測(cè)定中，RNA被探針下拉，允許分析相關(guān)蛋白質(zhì)。用于反向剪接點(diǎn)的探針是circRNA獨(dú)有的唯一序列元件。使用circRNA過(guò)表達(dá)和沉默技術(shù)將通過(guò)定量比較下拉的circRNA與特定的下拉蛋白來(lái)幫助確認(rèn)RNA-蛋白相互作用。

    （2）RNA結(jié)合蛋白免疫沉淀測(cè)定（RIP）然后進(jìn)行circRNA測(cè)序是分析circRNA-蛋白質(zhì)相互作用的另一種可行策略。

    （3）RNase保護(hù)測(cè)定（RPA）是檢測(cè)細(xì)胞提取物中RNA和RNA片段的有效方法。RPA測(cè)定也可用于繪制蛋白質(zhì)-RNA相互作用。

    （4）通過(guò)顯微鏡分析circRNA和蛋白質(zhì)共定位是另一種用于鑒定circRNA-蛋白質(zhì)相互作用的策略。

    環(huán)狀RNA可以采用不同于相關(guān)線性mRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)，越來(lái)越多的證據(jù)表明circRNA表達(dá)是動(dòng)態(tài)的，并且允許維持不同的空間和時(shí)間表達(dá)譜。circRNA可能形成不同的三級(jí)模型，它們更喜歡結(jié)合特定的蛋白質(zhì)。某些三級(jí)模型可能在某些組織和細(xì)胞中動(dòng)態(tài)存在，導(dǎo)致與不同結(jié)合蛋白的不同親和力。由于溶劑和金屬離子等細(xì)胞環(huán)境對(duì)circRNA動(dòng)態(tài)三級(jí)結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)烈影響，因此主要的circRNA三級(jí)結(jié)構(gòu)在各種細(xì)胞系，組織和發(fā)育階段可能不同。

    circRNA結(jié)合蛋白在調(diào)節(jié)circRNA合成和降解中起關(guān)鍵作用。已經(jīng)證明RNA循環(huán)由互補(bǔ)序列促進(jìn)并且受特異性RNA結(jié)合蛋白調(diào)節(jié)。RNA-蛋白質(zhì)相互作用還可以通過(guò)穩(wěn)定互補(bǔ)序列或通過(guò)抑制規(guī)范剪接來(lái)促進(jìn)circRNA形成。RBP可以作為circRNA形成的激活劑或抑制劑，并調(diào)節(jié)circRNA表達(dá)水平。鑒于circRNA的高度穩(wěn)定性及其對(duì)核酸外切降解的假定抗性，可能存在控制circRNA水平的細(xì)胞機(jī)制，至少一些circRNA的降解通路可以通過(guò)內(nèi)切核酸酶切割介導(dǎo)。RNA-蛋白質(zhì)相互作用影響蛋白質(zhì)表達(dá)，功能和生物發(fā)生。

    我們最近的研究表明，環(huán)狀RNA表達(dá)質(zhì)粒與納米顆粒的綴合是遞送環(huán)狀RNA的有用方法。由于納米粒子不能進(jìn)入細(xì)胞核，治療方法只能集中于外顯子環(huán)狀RNA，因?yàn)檫@類環(huán)狀RNA主要在細(xì)胞質(zhì)中檢測(cè)到。由于具有高遞送效率的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)環(huán)狀RNA的siRNA或AON的遞送將是未來(lái)環(huán)狀RNA研究的有價(jià)值的方法。

    對(duì)circRNA的生理和病理作用的研究興趣正在增長(zhǎng)。circRNA與蛋白質(zhì)相互作用從而使蛋白質(zhì)與特定亞細(xì)胞級(jí)分結(jié)合，螯合或轉(zhuǎn)位的能力允許circRNA充當(dāng)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用的動(dòng)態(tài)支架。這為蛋白質(zhì)和circRNA的生物發(fā)生和降解提供了進(jìn)一步的復(fù)雜層，并且可能在細(xì)胞生理學(xué)中具有進(jìn)一步的相關(guān)性。化學(xué)和生物研究技術(shù)的進(jìn)步將改進(jìn)目前識(shí)別動(dòng)態(tài)RNA-蛋白質(zhì)相互作用的技術(shù)，并進(jìn)一步闡明與環(huán)狀RNA相關(guān)的分子機(jī)制。

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