转自：生信菜鸟团（微信公众号）| 作者：大土豆力

自2012年首次报道circRNA是一类独立且具有转录后调控能力的非编码RNA以来，积累了大量的研究报道。前期我们已根据两篇权威综述梳理了circRNA的生物合成及功能，circRNA由于特殊的拓扑结构能够抵抗核酸外切酶的降解，因此具有较长的半衰期，具有作为病理生物标记物的潜力。

阅读综述总能帮助我拓宽这个领域的视野，顺着文献查漏补缺吧~

circRNA表达特征

circRNA表达具有组织特异性，根据报道，circRNA在不同人类组织中的表达情况如下：大脑中20%的基因能够产生circRNA；心脏中9%；白细胞中10%；成纤维细胞14%。在人类和小鼠实验中发现，circRNA能够富集于神经系统中，可能是由于神经细胞的分裂速度较慢而导致的被动积累，同理可推，增殖中的癌细胞中circRNA的表达水平将低于高度分化的细胞。

大多数的circRNA的表达水平只有其线性转录本的5~10%，但是也有特例。尽管效率较低，但是较长的半衰期也能使得一些circRNA累积到相对高的水平。

一些研究表明，circRNA的表达受到年龄相关、疾病以及内环境变化 (如激素水平、氧化应激（Oxidative Stress，OS）或者高温) 的影响，但是导致这种调控的原因尚不清楚，因为circRNA的来源基因的表达并没有增加。

circRNA合成机制

这里作者描述了三种已知的调控机制：

1、内含子驱动的互补配对

intronic complementary sequences (ICSs)，Alu repeats

2、RNA结合蛋白 (RBP)驱动的环化

quaking、muscleblind-like protein 1 (MBNL1)、RNA-binding protein 20 (RBM20), the interleukin enhancer-binding factor 3 and serine/ arginine-rich splicing factors (for example, SRSF1, SRSF6 and SRSF11)

3、套索驱动的环化

circRNA来源于mRNA前体的可变剪切，不仅受到RNA聚合酶II的介导，同时受到顺式作用元件(上述第一种)、反式作用因子的调控(上述第二种)。第三种由外显子跳跃事件形成套索驱动的环化并不常见，但是心脏中编码titin的TTN基因是circRNA的重要来源，虽然目前尚不了结这种发生模式为何与其他的circRNA形成机制不同。证据显示，RNA编辑酶ADAR能够通过作用于由反向剪切的外显子和侧翼 (bracketing) 内含子元件配对形成的双链RNA，抑止circRNA的形成，说明RNA修饰同样能够调控circRNA的发生。

circRNA的研究方法

生物信息学

在我们前期的笔记中已经分享了circRNA算法基于的原理：

1、split-alignment-based approaches：针对内含子驱动模式下的反向可变剪切接头序列(back-spliced junction)设计的预测软件，如 find_circ、CIRCexplorer、CIRI和 MapSplice等；

2、pseudoreference-based approaches：通过基因组注释信息推测得到反向可变剪切接头序列，然后与注释的外显子序列进行匹配，预测得到新 circRNA的软件，如 KNIFE、 NCLscan等。

在这里，作者总结了第三类不依赖参考基因组上mapping片段的方法：k-mer based。在这种方法中，将只提取于外显子边界内的短序列片段成为 k-mers (k-mers of <16 nt)，并分析是否存在无序的读段 (out-of-order k-mers)。从下图c中图显示，个人理解与图a中的确定候选circRNA的方法是相似的。目前，以该种原理鉴定的程序仅有CircMarker，依赖注释，有兴趣的小伙伴可以翻看一下源代码，地址如下：

https://github.com/lxwgcool/CircMarker。

实验验证

大致有以下几个方面：

1、MicroRNA sponges

2、Scaffolds for proteins

3、Transcriptional regulators

4、Competitors of linear splicing

5、Templates for protein synthesis

具体内容将单独归于一个板块来写，敬请期待。功能模式图如下：

circRNA在心血管

2016年，首个小鼠心脏的circRNA表达谱鉴定到了575个circRNA，后续比较人类心脏的circRNA发现，这些circRNA的序列保守性较差。同时，作者综述了几篇circRNA与疾病相关的心脏circRNA表达报道，包括非缺血性晚期心力衰竭、心脏肥大、糖尿病心肌研究 (Table 2)。

在心血管系统中，生物学功能研究报道总结于下表中 (Table 3)。详细内容可以翻查参考文献了解。

这些报道的circRNA能够通过miRNA海绵方式参与疾病发病过程，一些circRNA能够以外泌体的方式进入血液或者唾液中，具有作为预后生物学标记的潜力。

小结

体液中的circRNA有望作为各种疾病的新型标记物，具有预后及治疗意义。比如对靶向miRNA设计人工circRNA分子进行干预，亦或是通过IRES序列，启动circRNA载体的表达都具有很大的应用前景。当然，这些工作仍处于起步阶段，检测circRNA的技术和生物信息学方法也同样需要标准化。

参考文献：Aufiero S, Reckman Y J, Pinto Y M, et al. Circular RNAs open a new chapter in cardiovascular biology[J]. Nature Reviews Cardiology, 2019: 1.