環狀RNA，飛速發展的新前沿

　　生物學家們幾十年前就知道存在一種不尋常的分子，環狀RNA（circRNA）。與線性RNA相比，circRNA受到的關注比較少，也比較難于研究。舉例來說，circRNA很難與其它RNA區分開，擴增或片段化會破壞RNA環，而且早期RNA測序的分析算法會過濾掉circRNA的標志性序列。因為技術和方法學問題，circRNA一直被視為是罕見的剪切錯誤。

　　“過去，人們大多把circRNA看作是奇怪的現象，”希伯來大學的Sebastian Kadener說。“隨著二代測序的發展，最近四五年人們發現這些分子其實是非常普遍的。這一全新領域在很短時間內得到了飛速發展。”

　　在生物信息學、生化分析和深度測序的幫助下，研究者們對這些神秘分子有了空前的認識。Molecular Cell和Nature Neuroscience最近發表了兩項研究，為人們揭示了circRNA在神經系統中的驚人豐度和潛在功能。研究顯示，哺乳動物大腦高度表達數千種保守的circRNA，這些circRNA在突觸中尤其豐富。突觸是神經元之間的連接，其中的circRNA可能在學習和記憶過程中起作用。

　　斯坦福大學的Julia Salzman和同事前不久在Genome Biology上發表文章，展示了一種提高circRNA檢測靈敏度和特異性的新算法。他們用這一工具研究了人類胎兒的大腦發育，鑒定了circRNA高表達的大腦區域，比如額葉皮層。這項研究說明，circRNA很可能在人類發育中起到了很大的作用。“理解環狀RNA在大腦或其他器官中的功能，將是生物學的重大進步，”Salzman說。

　　circRNA與大腦功能

　　1991年，人們發現一個基因會產生異常剪切的轉錄本。這項研究首次揭示了新型RNA產物——環狀RNA。很多年過去了，人們依然沒有闡明任何環狀RNA的具體功能。

　　近年來越來越多的證據表明，circRNA的確具有重要的生物學意義，而且它們的功能不同于線性RNA。已知circRNA存在于多種生物體內（從古生菌、酵母到小鼠和人類），這些分子比線性RNA穩定得多，具有復雜的結構和特異性的表達模式。有研究者發現，一些circRNA相當于是miRNA海綿，將miRNA隔離起來，避免它們與目標mRNA互作。

　　值得注意的是，circRNA可能對大腦功能很重要。比如說，一種名為CDR1的哺乳動物circRNA在神經元中含量很高，神經元基因經常產生circRNA轉錄本，在衰老過程中circRNA會在果蠅大腦中累積。不過人們沒能全面了解哺乳動物大腦中的circRNA。

　　為了填補這一空白，Kadener及其同事決定在神經組織中系統的鑒定和分析circRNA。他們在哺乳動物大腦中發現了數千種含量豐富的circRNA，它們的序列和表達模式在不同物種之間很保守。研究還表明，circRNA在突觸里高度富集，當神經元分化時會出現普遍上調，其表達動態不同于它們的線狀異構體。

　　這項研究為人們提供了大腦circRNA的詳細圖譜，但還有很多問題沒有得到解答。Kadener及其同事正在致力于回答其中一些關鍵的問題。 “這項研究為我們開辟了全新的研究方向：circRNA在大腦中有何功能？它們怎樣影響基因表達、神經可塑性、神經發育和個體行為？”Kadener說。“我們將逐步深入對大腦circRNA的研究。這是很寶貴的資源，可以從中篩選出一些進行功能研究。”

　　臨床上的潛力

　　Max-Planck研究所的Erin Schuman和同事也獲得了類似的發現。他們的研究顯示，circRNA在大腦中高度表達而且受到發育調控。研究人員通過PacBio測序平臺，分析了小鼠大腦不同發育階段的circRNA表達。這一測序技術可從circRNA生成滾環cDNA，能夠揭示單核苷酸分辨率的環狀結構。

　　研究顯示，許多circRNA的豐度在突觸形成時突然改變，說明circRNA可能在發育過程中調控突觸的功能。“不過我們對circRNA仍舊知之甚少，”Shumann說。“它們壽命很長，有可能是某種記憶分子。”

　　據介紹，circRNA有望成為神經退行性疾病中的生物指標或者藥物靶標。舉例來說，有證據表明CDR1在阿爾茨海默癥中存在下調。“目前我們還沒有闡明circRNA和疾病的因果關系，”Schuman說。“在組織發育和疾病發展（尤其是癌癥）中分析circRNA表達譜是很有意義的。”

　　目前至少有一點是非常明確的，環狀RNA并不是細胞發生的錯誤。這種分子實際上在細胞中扮演著重要的角色，它們在臨床上的潛力還有待人們進一步挖掘。