研究思路
探究circRNA的第一步:找寻circRNA
首先是寻找差异表达的circRNA。通过微阵列分析细胞系中circRNAs的表达谱,寻找一些显著表达的circRNAs,或通过高通量测序或芯片结合RT-qPCR验证筛选出感兴趣的circRNA,包含二代测序建库和RNA深度生物信息学分析。
其次是进行初步的细胞功能验证。若源于临床样本,在验证组织样本表达差异后,再通过生存曲线、凋亡分析、裸鼠成瘤实验等验证与表型变化一致,或构建circRNA系列表达载体,制备特异性检测circRNA翻译蛋白的抗体进行细胞功能验证。
探究circRNA的第二步:摸索功能机制
按照circRNA三大研究热点进行细分,梳理对应的科研思路:
(1)circRNA作为miRNA海绵的研究思路
circRNA结合miRNA的靶点预测。通过数据库预测circRNA中miRNA潜在结合位点,可采用Arraystar miRNA软件进行初步筛选,再按照DIANA数据库定向筛选。
ceRNA机制验证。通过萤光素酶报告基因确定miRNA可以直接靶向circRNA的3′UTR;RT-qPCR和RIP实验证实circRNA的miRNA sponge功能;RNA FISH实验辅助确认circRNA主要分布在细胞质中;敲除和共转染实验验证ceRNA机制。
经典文献推荐。此类研究依旧热门,2018年6月发表在Journal of Hepatology(IF=14.911)上的一篇名为“Circular RNA cSMARCA5 inhibits growth and metastasis in hepatocellular carcinoma”的研究,揭示了circRNA cSMARCA5在肝癌的发生发展中的机制。
(2)circRNA参与转录调控的研究思路
circRNA翻译蛋白质进行细胞功能验证。生存曲线、凋亡验证与表型变化的一致性,也可通过基因敲除/过表达探究circRNA的翻译功能。
circRNA翻译蛋白质的分子机制。进行分子机制研究,揭示生命的深层次奥秘,为人类的健康事业做出贡献。
经典文献推荐。此类研究比较新颖,2018年3月发表在Journal of the National Cancer Institute(IF=11.238)上的一篇名为“Novel role of FBXW7 circular RNA in repressing glioma tumorigenesis”的研究,揭示了circRNA-FBXW7在内部核糖体进入位点驱动下跨接开放阅读框编码一种新的21kDa蛋白,以及其在抑制胶质瘤肿瘤发生中的新作用。
(3)circRNA参与蛋白结合的研究思路
探究circRNA与结合蛋白(RBP)的互作。通过RIP或计算机模拟实验筛选出与circRNA相互作用的蛋白,并研究两者的调控关系或下游机制。
经典文献推荐。此类研究思路简明,2017年3月发表在Theranostics(IF= 8.537)上的一篇名为 “A circular RNA binds to and activates AKT phosphorylation and nuclear localization reducing apoptosis and rnhancing cardiac repair”的研究,揭示了circRNA结合并激活Akt磷酸化和核定位,发挥减少细胞凋亡并增强心脏修复的作用。
探究circRNA的第三步:验证和升华
circRNA常用数据库
我们身边中总有大咖大牛出没,常能罗列出很多串联的线索,推荐使用在线数据库如下,可帮助探索和挖掘更多有用的circRNA信息。
1. 数据库circRNADb,网址:http://reprod.njmu.edu.cn/circrnadb,是首个汇总可编码蛋白的环状RNA数据库,共收集了32914条人类外显子环状RNA记录,每条记录都包括基因组位置信息、RNA编辑情况、所对应的基因组序列、IRES序列元件、预测ORF以及相关的参考文献。
2. 数据库circRNABase,网址:http://starbase.sysu.edu.cn/,是专门为circRNAs和CLIP-SEQ(HITS-CLIP,PAR-CLIP,iCLIP,CLASH)数据集进行解码miRNA-circRNA相互作用网络的数据库。
3. 数据库circlncRNAnet ,网址:http://app.cgu.edu.tw/circlnc/,是整合lncRNA和circRNA的功能网络的在线分析数据库,主要是集合了TCGA数据库20多个肿瘤类型数据,无需编程即可实现在线可视化分析,而且分析模板非常丰富,另外用户也可提交lncRNA和circRNA芯片或测序的表达数据进行自行分析。
文献分享
1题目:Circular RNA BCRC-3 suppresses bladder cancer proliferation through miR-182-5p/p27 axis
期刊:Mol Cancer
影响因子:7.776
本文作者分析了人体组织circRNA高通量测序结果,确定了膀胱癌相关circRNA-3 ,包括BCRC-3, GenBank: KU921434.1,作为PSMD1基因的候选circRNA。通过qRT-PCR、RNA pulldown、萤光素酶报告基因等技术验证了BCRC-3与mRNA的相互作用。发现BCRC-3在膀胱癌组织和细胞系中表达较低,体内外BCRC-3过表达抑制了BC细胞增殖。值得注意的是,BCRC-3可以直接与miR-182-5p相互作用,作为miRNA海绵促进p27的miR-182-5p靶向3'UTR活性。因此,BCRC-3可作为肿瘤抑制剂,通过miR-182-5p/p27抑制BC细胞增殖。
2题目:Discovery of Kaposi's sarcoma herpesvirus-encoded circular RNAs and a human antiviral circular RNA
期刊:Proc Natl Acad Sci USA
影响因子:9.504
非编码RNA在宿主-病毒相互作用中具有重要作用,circRNA是一种单链非编码RNA,可诱骗RNA或RNA结合蛋白抑制其功能。在卡波西肉瘤疱疹病毒(KSHV)中,circRNA的作用未知。本文作者用不同的PCR引物和RNase R处理特异性circRNA表明,hsa_circ_0001400是一种感染诱导的circRNA,其过表达抑制了KSHV新生感染中病毒基因LANA和裂解基因RTA的表达。接着,作者使用KSHV感染细胞且经过RNase R处理的circRNA进行了circRNA-Seq分析,鉴定到了由KSHV基因组编码的多个circRNA,它们在KSHV感染的内皮细胞和原发性渗出淋巴瘤(PEL)细胞中表达。作者还发现,KSHV circRNA位于病毒裂解基因的ORF内。作者揭示了宿主-病毒相互作用circRNA—人类抗病毒circRNA,它在KSHV感染时被激活,在感染裂解阶段被诱导表达。
3题目:Novel Role of FBXW7 Circular RNA in Repressing Glioma Tumorigenesis
期刊:Journal of the National Cancer Institute
影响因子:11.238
作者通过对脑胶质瘤临床组织标本进行circRNA测序及生物信息分析,发现了脑组织及癌旁组织中有明显差异表达的circRNA,重点关注了抑癌基因FBXW7第3、4个外显子环化后形成的一个circRNA,并命名为circ-FBXW7。随后作者发现circ-FBXW7存在高度保守的内部核糖体插入序列(IRES),并通过实验证实了circ-FBXW7翻译了一个大约21KD的蛋白质,并命名为FBXW7-185aa。通过常规的细胞功能学实验,作者发现circ-FBXW7翻译的蛋白质可以抑制肿瘤细胞的增值。接着作者进一步证实了FBXW7-185aa协调母基因FBXW7产生的蛋白一起调控原癌基因c-Myc的稳定性。最后作者对脑胶质瘤临床组织标本进行检测,统计临床关联性,做了小鼠脑部原位成瘤实验。发现人类细胞中circ-FBXW7可以翻译一个新的蛋白,对胶质瘤有抑制作用并对胶质瘤患者的临床预后有关联性。
4题目:Circular non-coding RNA ANRIL modulates ribosomal RNA maturation and atherosclerosis in humans
期刊:Nature Communications
影响因子:12.353
环状RNA在真核细胞中是广泛表达的,但是其于人类疾病的关系还不清楚。本文作者发现circANRIL(circular antisense non-coding RNA in the INK4 locus)可以通过抑制rRNA的成熟,促进细胞的凋亡,抑制增殖,激活p53通路,达到防止动脉粥样硬化的作用。由于circANRIL来源的lncRNA有结合蛋白的作用,所以作者用Label-free检测了与circANRIL结合的蛋白谱。富集分析发现circANRIL pull-down下来的蛋白主要在核糖体RNA的形成和RNA剪切上。然后作者从显著富集的蛋白中选择了几个与核糖体剪切相关的蛋白,做RIP验证,发现circANRIL可以与rRNA前体竞争结合PES1蛋白,从而使rRNA前体在细胞内聚集,细胞压力增加,引起核仁碎裂,p53的激活,细胞凋亡。