近年來(lái)，環(huán)狀RNA（circRNAs）已經(jīng)成為了RNA領(lǐng)域最新的研究熱點(diǎn)，但它們在活體生物中的作用依然是一個(gè)迷。最新一項研究報告稱(chēng)，一種環(huán)狀RNA：Cdr1as能調控哺乳動(dòng)物大腦中的microRNA水平，如果刪除這種RNA，就會(huì )導致小鼠出現異常的神經(jīng)元活動(dòng)和行為障礙。

      這一研究成果公布在8月10日的Science雜志上。

      美國布蘭迪斯大學(xué)的一位circRNA研究員Sebastian Kadener（未參與該項研究）表示，“幾乎很少有成果可以稱(chēng)得上是一項突破。這篇文章就是一項突破，令人激動(dòng)，這是第一次真正證明動(dòng)物體內這些分子的功能?！?/span>

       CircRNA是近年來(lái)RNA領(lǐng)域最新的研究熱點(diǎn)。它是前體RNA（pre-mRNA）通過(guò)一種叫做反向剪接反應（back-splicing）的特殊選擇性剪接產(chǎn)生，在真核細胞中廣泛表達的環(huán)形內源性RNA分子。盡管被低效地加工，大多數呈低水平表達，但研究發(fā)現一些circRNAs源自與人類(lèi)疾病相關(guān)的基因組位點(diǎn)，而且有越來(lái)越多的證據表明它們在轉錄、轉錄后及翻譯調控中的潛在作用。

       Cdr1as是一種在哺乳動(dòng)物大腦中大量表達的環(huán)狀RNA，也是目前研究的最多的幾種環(huán)狀RNA之一。最早Cdr1as就是由德國MaxDelbrück研究中心的Nikolaus Rajewsky（本文作者）及其同事在2013年報道，他們指出這種分子可以作為miRNA的“吸收棉”，因為它有超過(guò)60個(gè)miRNA miR-7的結合位點(diǎn)，不過(guò)其具體作用依然不清楚。

       之后的研究又發(fā)現Cdr1as能從DNA的反義鏈轉錄，并且沒(méi)有多余的對應表達物，因此可以通過(guò)諸如CRISPR-Cas9之類(lèi)的DNA編輯工具進(jìn)行功能缺失型研究，“這非常吸引人，這樣就能操控DNA，在功能水平上看到環(huán)狀DNA缺失后的應答?！?/span>

       在最新這項研究中，Rajewsky等人首先利用一種之前研發(fā)的技術(shù)發(fā)現了miRNAs和其它分子之間的體內相互作用。研究人員采用小鼠和人類(lèi)死后大腦，結果表明miR-7，以及另外一種miRNA：miR-671（較少）都能與Cdr1as結合。

       之后研究人員通過(guò)CRISPR-Cas9刪去小鼠中的這一位點(diǎn)，獲得了Cdr1as缺陷型突變體。雖然敲除動(dòng)物從外表看是正常的——它們能動(dòng)，能繁殖，并且在腦解剖學(xué)中都沒(méi)有出現明顯的變化，但是研究小組檢測發(fā)現Cdr1a一般正常表達的大腦區域中游離miRNA表達水平發(fā)生了改變：miR-671略微增加了一些，而miR-7顯著(zhù)減少，這表明環(huán)狀RNA的作用可能是阻止這種miRNA的降解，Rajewsky指出。

       miRNAs在動(dòng)物體內具有調節mRNA的作用，因此研究人員接下來(lái)分析了Cdr1as缺陷型動(dòng)物中基因表達的變化。結果發(fā)現敲除小鼠中與大腦活性有關(guān)的，一組被稱(chēng)為“立早基因（immediate early genes）”的表達發(fā)生了改變。這種基因受到一系列外界刺激后會(huì )迅速并且短暫激活，研究人員發(fā)現其中幾個(gè)是miR-7的靶標。

       Rajewsky說(shuō)：“我們知道，神經(jīng)元活性的標志之一就是立早基因的上調。在敲除小鼠的大腦中，很清楚，立早基因都增多了”。

       敲除小鼠出現了神經(jīng)元活性的異常。此外單細胞分析還顯示，與對照相比，敲除小鼠出現了超過(guò)兩倍以上的微小興奮性突觸后電流頻率，這是神經(jīng)傳遞紊亂的征兆。

最后研究人員通過(guò)一系列實(shí)驗，尋找Cdr1as缺陷造成的行為后果。雖然敲除小鼠表現出正常的焦慮水平，而且也沒(méi)有明顯的記憶缺陷，但研究人員發(fā)現它們在脈沖前抑制實(shí)驗（prepulse inhibition experiments）中表現不佳，這是測量動(dòng)物對厭惡刺激的驚嚇?lè )磻囊种颇芰Α?/span>

       Rajewsky解釋說(shuō)，如果人體的的這種機制受到損壞，通常會(huì )與神經(jīng)精神障礙癥如精神分裂癥，Tourette綜合征和強迫癥產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，這提出了Cdr1as在行為中的最終作用。

       斯坦福大學(xué)的RNA研究員Julia Salzman稱(chēng)這篇論文是“一項非常吸引人的重要研究，為該領(lǐng)域取得了巨大的進(jìn)步”。

       下一步Rajewsky團隊計劃分析在敲除小鼠中其它失調基因的作用，例如，Cdr1as缺陷型動(dòng)物中一些晝夜節律基因的表達發(fā)生了改變。

       科學(xué)家們認為，這項研究為研究Cdr1as和其它環(huán)狀RNA在分子，神經(jīng)和行為表型方面打下了基礎，“雖然目前還不完善，但是這畢竟是第一次將這三者聯(lián)系在一起?！?/span>

  （本文轉載生物通）