摘要：RNA-RNA互作在RNA介导的多种生物学过程中扮演着关键角色，包括RNA的产生、剪接、翻译和降解等【1】。circRNAs（Circular RNAs） 通过反向剪接产生，其生成过程依赖于RNA-RNA 互作，尤其是内含子中互补或反向序列之间的长距离配对【2

撰文 | 格格

RNA-RNA互作在RNA介导的多种生物学过程中扮演着关键角色，包括RNA的产生、剪接、翻译和降解等【1】。circRNAs（Circular RNAs） 通过反向剪接产生，其生成过程依赖于RNA-RNA 互作，尤其是内含子中互补或反向序列之间的长距离配对【2】。circRNAs在基因表达调控中具有多样性，可以与RNA结合蛋白 （RBPs） 或其他转录本相互作用，影响转录、剪接、mRNA和蛋白质丰度，并作为miRNA或蛋白质海绵发挥作用【3-4】。RNA降解是维持基因表达忠实性的重要机制，主要有SMD （Staufen1介导的mRNA降解） 和NMD （无义介导的mRNA降解） 两种机制【5】。SMD依赖于mRNA 3’UTR内部或与长链非编码RNA之间的RNA双链结构。NMD依赖于核糖体在PTC （提前终止密码子） 处与UPF1的相互作用，UPF1会募集 RNA降解酶和适配体，导致mRNA的快速降解。NMD是真核细胞中已知最明确的mRNA 监控途径，通过选择性识别和下调包含PTC的mRNA来维持基因表达的忠实性。NMD过程主要涉及核糖体、帽子结合复合物 （CBC） 、外显子拼接复合体 （EJC） 和UPF1等因素。然而，circRNAs是否参与mRNA的降解目前尚不清楚。

近日，来自韩国科学技术学院生物科学系的Yoon Ki Kim研究团队在MolecularCell杂志发表题为Circular RNAs trigger nonsense-mediated mRNA decay的研究论文，该研究揭示了circRNA通过与mRNA的3’UTR 相互作用，将EJC带近mRNA的3’端，从而触发EJC依赖的NMD（circNMD），导致mRNA快速降解的分子机制。

研究人员首先构建了表达线性报告mRNA和效应circRNA的质粒，并通过RT-qPCR发现 circG-AS21和circG-AS30可以显著降低报告mRNA的水平，而circG-S21和circG-S30则相反，这表明circRNA与mRNA的选择性相互作用可以降低mRNA水平。进一步使用AMT 交联和MBP pull down实验，证实了circRNA与mRNA的特异性相互作用。为了验证 circRNA-mRNA 相互作用的重要性，研究人员设计了ASO干扰circG-AS30与RbG-S mRNA 之间的相互作用，发现ASO处理可以消除circG-AS30介导的RbG-S mRNA降解，而不会影响circRNA的表达。此外，研究人员还发现circRNA的产生依赖于回文序列。通过RIC-seq数据分析，研究人员发现41个circRNA与60个mRNA发生相互作用，其中24个 circRNA与28个mRNA的3’端发生相互作用。为了进一步验 circNMD的存在，研究人员设计了circRNA特异siRNA和针对BCL2L11 mRNA 3’端结合位点的ASO，发现siRNA处理可以降低circRNA的表达，而ASO处理可以降低BCL2L11 mRNA的水平，这进一步证实了 circNMD的存在。

为了研究circRNA介导的mRNA降解的效率，研究人员构建了不同位置的circG-AS30结合位点，发现circG-AS30只在mRNA的3’非编码区与报告mRNA发生相互作用，并且可以显著降低报告mRNA的水平，而其他位置的结合位点则没有这种效果。这表明circRNA与 mRNA 3’端的相互作用是circNMD发生的必要条件。此外，研究人员还构建了circG-AS30 结合位点数量不同的报告mRNA质粒，发现circNMD效率随着结合位点数量的增加而提高。进一步构建circG-AS30结合位点数量不同的circG变体，发现circNMD效率随着结合位点数量的增加而提高，这表明circRNA与mRNA 3’端的多个碱基配对可以增强circNMD的效率。

为了进一步研究circRNA介导的mRNA降解是否依赖于翻译过程，研究人员使用翻译抑制剂CHX 处理细胞，并发现CHX处理可以消除circRNA-mRNA相互作用和circNMD的发生。这表明翻译过程会将circRNA从mRNA上移除，从而阻止circNMD的发生。

最后，研究人员发现，circRNA可以与EJC相互作用，并通过RNA-RNA相互作用将EJC带近mRNA的3’端。为了验证这一过程，研究人员构建了包含外显子内含子的circG变体，发现EJC可以通过RNA-RNA 相互作用降低 mRNA 水平。这表明EJC可以通过RNA-RNA相互作用与mRNA结合，并参与circNMD的发生。

图1 circRNA介导mRNA降解的机制模式图

总之，该研究揭示了circRNA通过其与目标mRNA 3’UTR的相互作用，可以触发NMD途径，从而快速降解mRNA。该发现为circRNA在mRNA稳定性调控中的功能提供了新的见解，并为其在基因沉默和疾病治疗中的潜在应用打开了大门。

https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(24)00947-X

制版人：十一

参考文献

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来源：小尹的科学讲堂