撰文：小橙

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亮点：环状RNA(circRNA)和长链非编码RNA(lncRNA)在很多癌症中发挥着重要作用。本文总结了驱动circRNA和lncRNA翻译的机制并通过识别它们的翻译产物，验证其在生理学和癌症中发挥的功能。

真核基因组大约90%的基因组被转录，但是实际上只有1-2%转录基因实际编码蛋白质，非编码RNA (ncRNA)，如microRNA（miRNA)，长链非编码RNA（lncRNA), 环状RNA(circRNA)和小核仁RNA(snoRNA)无需翻译为蛋白质但可以执行多种生物学功能。但目前研究发现，与其他ncRNA不同，circRNA和lncRNA具有被翻译成蛋白质和多肽的能力，且翻译产物也具有相关的生物学功能。这对癌症治疗带来了新的方向并成为一个新的研究领域，并可能会以此发现更多未知功能的ncRNAs。

2020年4月28号来自南通大学附属医院的鞠少卿教授在肿瘤方向著名期刊《Cancer Letters》杂志发表了一篇名为“Translatable circRNAs and lncRNAs: Driving mechanisms and functions oftheir translation products”的文章，为我们分析驱动这些ncRNA翻译的主要机制，总结了导致RNAs翻译的分子和结构决定簇并讨论了其翻译产物在癌症中的功能和相关性。让我们对ncRNA的功能有个更加全面和深入的研究。

circRNA由外显子和内含子组成，已在各种物种中鉴定出数千种circRNAs, circRNA比线性RNA更能耐受核酸外切酶降解, 可作为诊断多种疾病的有前途的生物标志物。circRNA在人类疾病中发挥着重要的作用。有研究发现，通过内部核糖体进入位点(IRES)驱动或N6-甲基腺苷(m6A)介导的起始翻译，circRNA可翻译为蛋白质/肽。lncRNA是一类特殊的RNA转录物，具有200多个核苷酸，lncRNA具有5'帽结构，在3'区域被聚腺苷酸化，在疾病发展中发挥关键作用，研究发现lncRNA编码的肽与肌肉性能和结肠癌的生长相关。

作者总结了驱动这些ncRNAs翻译的机制(图1)。帽结构是在mRNA 5'端的7-甲基鸟苷（m7G）组成, 依赖帽结构的起始翻译是真核细胞翻译的主要机制。由于circRNA缺乏5'端帽结构，因此被认定无法编码蛋白质。但是含有IRES元件的mRNA无需进行5'端扫描便可以进入核糖体中进行翻译。核糖体40S亚基直接结合IRES元件或先与mRNA 5'端结合再转移到IRES上。此过程需要IRES辅助因子ITAFs协助完成。基于该原理，多种研究发现circRNA可通过应用IRES元件募集核糖体并驱动其翻译。IRES元件存在于circRNA中，折叠成与初始tRNA相似的结构并募集更多核糖体并结合ITAF, 将核糖体引入circRNA的内部以结合和启动蛋白质翻译。同时IRES增强子增强IRES的功能。除了常规发夹状的IRES, m6A修饰在circRNA 翻译中也发挥了重要作用。m6A修饰发生在circRNA的较大外显子区域，并在上游和中部更为集中。YTHDF1和YTHDF2是m6A修饰的circRNA在翻译时“阅读器”，YTHDF3与翻译起始因子eIF4G2相互作用，从而促进翻译。METTL3 / 14蛋白进一步增强了m6A修饰的翻译过程。此外在各种研究中发现，不论是IRES元件和m6A介导的翻译，在细胞暴露于外界环境或者应急条件下，该两种因素均会介导circRNA的翻译，表明circRNA翻译细胞应激反应，发育，凋亡和细胞周期调控中起着重要作用。由于缺乏规范的开放阅读框(ORFs > 100aa), 因此认为lncRNA不可翻译。但各种证据表明lncRNA确实具有编码具有独特生物学功能的蛋白质或小肽的能力，而lncRNA的翻译是由sORF启动的。人体中有各种短或小的ORF（sORF或smORF）可编码肽，存在于在非编码基因或其他非编码区中，主要参与肌肉功能调节和细胞代谢小功能肽的编码。由ncRNAs 编码的蛋白质/肽发挥了重要的生理功能。

作者接下来总结了可翻译的circRNA和lncRNA的临床作用，鉴定蛋白质/肽的工具和方法，并重点介绍了这些翻译产物在人类癌症中的功能和机制(如下表)。这些蛋白质可通过双荧光素酶载体系统，特异性抗体免疫识别及液相色谱-串联质谱(LC-MS)进行鉴定。在胶质母细胞瘤有多种circRNA可编码不同的蛋白质并发挥不同作用，circFBXW7编码的FBXW7-185aa蛋白诱导细胞周期停滞并减少神经胶质瘤细胞的增殖；circSHPRH编码的SHPRH-146aa蛋白参与中枢神经系统癌症的发展和蛋白质泛素化途径；circ-LINCPINT中的sORF可以编码PINT87aa肽，其抑制神经胶质瘤细胞的增殖，并与聚合酶相关因子（PAF1）复合物结合，从而抑制多种癌基因的转录延长；circAKT3编码AKT3-174aa，其可以通过参与酪氨酸激酶/磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(RTK / PI3K / AKT)信号传导通路来调节神经胶质瘤的发生。多种circRNA编码的蛋白质/肽产物在胶质母细胞瘤的临床标志物，治疗靶标及预后诊断中充当重要角色。此外，circ-catenin编码的β-catenin-370aa影响肝癌细胞中的Wnt信号通路；具有ORF序列的circPPP1R12A编码功能蛋白circPPP1R12A-73aa，其能促进结肠癌的增殖，迁移和侵袭。

lncRNA编码的生物肽同样在癌症治疗中发挥重要的作用。lncRNA HOXB-AS3编码的HOXB-AS3肽可通过阻断依赖于hnRNP A1的丙酮酸激酶M(PKM）剪接，miR-18a加工和有氧糖酵解来抑制肿瘤发生，这在结直肠癌(CRC)患者表现更为明显，提示HOXB-AS3肽可能是CRC的诊断标记。以上的证据均说明某些circRNA和lncRNA具有编码蛋白质/肽的潜力，通过鉴定出更多由circRNA和lncRNA编码的蛋白质/肽，对circRNA和lncRNA参与肿瘤进展的机制将变得更加清晰。

越来越多的研究报告了circRNA和lncRNA参与人类疾病的生理学和病理学，其编码的蛋白质或肽往往具有独特的生物学功能，并具有显着的临床意义。目前所有报道的可翻译circRNA均利用IRES驱动的启动子，但很少有研究报道m6A驱动的circRNA翻译，且与肿瘤相关的编码蛋白或肽的lncRNA的研究仍处于起步阶段。相信随着RNA深度测序技术的发展和算法的改进，将验证更多由ncRNA编码的蛋白质/肽。

教授介绍

鞠少卿，教授，医学博士，博士生导师，美国Rochester大学访问学者。从事临床检验、教学、科研工作34年。现任南通大学公共卫生学院院长、附属医院检验科主任。《临床检验杂志》副主编、《中华检验医学杂志》等8个杂志编委和常务编委；《中华肿瘤杂志》、《Eur J Cell Biol》、《中国免疫学杂志》等多个杂志特约审稿人，擅长领域：（1）肿瘤标志物的基础和临床应用研究；（2）生化检验和分子诊断。

参考文献

1. S. Memczak, M. Jens,A. Elefsinioti, F. Torti, J. Krueger, A. Rybak, L. Maier, S.D. Mackowiak, L.H.Gregersen, M. Munschauer, et al.Circular RNAs are a large class ofanimal RNAs with regulatory potency Nature, 495 (2013),pp. 333-338

2. M. Zhang, N. Huang, X. Yang, J.Luo, S. Yan, F. Xiao, W. Chen, X. Gao, K. Zhao, H. Zhou, et al.A novel proteinencoded by the circular form of the SHPRH gene suppresses glioma tumorigenesis Oncogene,37 (2018), pp. 1805-1814