原创：小张 猫头鹰教室

最近有朋友问我们一个问题: circRNA 差异表达的原因是什么呢？是不是像公众号前面介绍的文章：lncRNA差异表达的原因（上游机制）有哪些？（附文章分析）里面列举的

（1）基因拷贝数变异（缺失或扩增）

（2）转录因子、组蛋白修饰和DNA甲基化等和

（3）转录后lncRNA稳定性调控呢？换句话说，circRNA表达异常的上游机制是什么呢？

下面我们通过一篇文章来看这个问题的答案，这篇文章是2017年12月份发表在Mol. Cell 杂志（IF 14.71）的：

The Output of Protein-Coding Genes Shifts to Circular RNAs When the Pre-mRNA Processing Machinery Is Limiting.Mol. Cell 2017 Dec 07 ;68(5)

本来编码基因产生(线性)mRNA，但是当mRNA的前体（Pre-mRNA）处理机制被限制的时候，就会产生circRNA：

我们可以从上图的示意图中看到：最左侧为标准条件下，产生的主要是线性的mRNA；中间为剪接体（spliceosome components）的元件被去除后，原先的以mRNA为主的mRNA/circRNA平衡被重置，产生的是circRNA；最右侧为另外一种产生circRNA的情况：上游基因的转录被“读穿”（Readthrough）。

第一种情况：

剪接体的元件（spliceosome components）被去除

左侧WT为剪接体的元件（图中U1、U2）“充足”的情况下，前面箭头所指的红色的U1与U2介导线性RNA的形成；

右侧为剪接体的原件（图中U1、U2）“不充足”的情况下，U2与后面的红色U1介导产生circRNA；

这是对剪接体元件（图中的SF3b1等分子）进行干扰后Laccase2这个基因产生的线性RNA与circRNA的表达变化，我们可以看到在这些剪接体元件分子被沉默后，circRNA的表达升高，而线性RNA的表达降低。

这张图是只看circRNA的表达变化：除了Laccase2这个基因外，包括Uex、ps等多个基因的circRNA在剪接体元件分子被沉默后表达也是升高的。

第二种情况：

第二种情形是在转录过程中，由于缺少剪切/PolyA结合因子，导致上一个基因的RNA转录不能被及时终止，从而继续转录延伸到下一个基因，在这个过程中反向剪接（BackSplicing）发生，产生circRNA。

上图中，MATR3是PAIP2的临近上游基因，且转录方向相同。研究团队把剪切/PolyA结合因子CPSF3/CPSF4进行沉默，并通过设计不同的引物来研究MATR3-PAIP2基因间转录本的表达变化，结果发现circPAIP2表达升高。

Ref：The Output of Protein-Coding Genes Shifts to Circular RNAs When the Pre-mRNA Processing Machinery Is Limiting.Mol. Cell 2017 Dec 07 ;68(5)
The spliceosome: design principles of a dynamic RNP machine.Cell 2009 Feb 20 ;136(4)