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circRNA怎么翻譯的?這篇綜述值得讀
來源: | 作者:geneseed | 發布時間: 2020-04-16 | 192 次瀏覽 | 分享到:
2019年6月29日,法國圖盧茲大學的Eric LacazetteBiochimie (IF=3.362)雜志上發表了一篇題為“How are circRNAs translated by non-canonical initiation mechanisms?”的綜述,闡述了circRNA如何在非帽子依賴啟動過程中的翻譯,并將這種非傳統的翻譯途徑與細胞應激聯系起來,介紹了這一新興領域的最新進展。([1])。


環狀RNA(circRNA)是由大量真核基因產生的共價閉合RNA環。由于其呈圓形,因此最初被歸類為非編碼RNA。然而,最近基于質譜分析的研究表明,某些胞質circRNA可有效翻譯為可檢測的肽。這就提出了一個有趣的問題,由哪種機制來調節circRNA的翻譯起始,即無法通過5'帽募集小核糖體亞基。


circRNA的產生、分類和功能

circRNA作為一種新興的ncRNA,它們是由部分的蛋白質編碼基因或其它轉錄本反向剪接或環化而產生的。circRNA產生過程中,下游剪接供體與上游剪接受體共價連接,產生環狀ssRNA產物。反向剪接是通過重復序列的互補配對來實現,例如Alu元件、側翼環狀區和RNA結合蛋白(RBP)。

circRNA大致可分為三種類型:

? 外顯子circRNA(EcircRNA),它只包含外顯子,代表了circRNA的大部分;

? 內含子circRNA(CiRNA),它只包含內含子;

? 外顯子-內含子circRNA(EIciRNA),它同時包含外顯子和內含子。

circRNA經典和主要功能是作為特定miRNA的分子海綿,調節mRNA的穩定性和翻譯。此外,circRNA還作為蛋白質的海綿,作為蛋白質、mRNA和DNA的輔助或調控分子,以及作為翻譯的模板。




圖1 circRNA的發生和功能([1]

IRES驅動的circRNA翻譯

circRNA的環狀結構表明必然存在非帽子依賴性的翻譯機制。目前有兩種機制,一種可能性是IRES(內部核糖體進位點)的存在,IRES是可以在RNA上形成二級結構的序列,在完全或部分缺乏經典翻譯起始因子的情況下允許翻譯啟動。IRES在應激條件下具有特別的功能,它們允許維持或激活裝有IRES的RNA翻譯,為細胞提供生存所需的重要蛋白質。


IRES驅動的circZNF609翻譯

circZNF609是ZNF609基因外顯子2的反向剪接產物,編碼鋅指蛋白家族中一個特征不佳的轉錄因子。有趣的是,circZNF609的開放性閱讀框(ORF)與其mRNA對應的ORF起始于相同的AUG起始密碼子,但是終止密碼子在circZNF609反向剪接位置后。在RNaseR處理后的重多核糖體組分中發現了circZNF609,這支持了它在細胞翻譯中的作用。報告分析中,在IRES的螢火蟲熒光素酶構建體中加入內源內含子序列的小片段,獲得了比EMCV更強的IRES活性。它表明IRES活性所必需的因子可能是通過剪接招募的。例如,參與剪接的hnRNP家族的蛋白可以被招募到細胞核的circRNA上,然后在胞漿中作為IRES反式作用因子(ITAF)。此外,circZNF609的蛋白質產量在熱休克應激后增加,這被認為可以激活IRES活性并調節選擇性剪接。壓力和circRNA翻譯啟動之間可能存在功能聯系。


IRES驅動的circSHPRH翻譯

circSHPRH與circZNF609相同,它的翻譯也依賴于反向剪切。值得注意的是,circSHPRH產生了一種新的含有146個氨基酸的蛋白質,通過質譜檢測到了該蛋白質,并作為誘餌顯示抑制腫瘤的活性,保護了相關的全長SHPRH蛋白不被降解。


IRES驅動的circFBXW7翻譯

circFBXW7,來源于FBXW7, 是由外顯子3~4的反向剪接,形成620nt的環狀RNA。在circFBXW7中發現了一個120nt長的IRES,它位于AUG的上游和反向拼接接頭的下游。反向拼接接頭序列的部分缺失導致IRES活性下降。circFBXW7可以翻譯成含有185個氨基酸的蛋白質(FBXW7-185aa)。不幸的是,并沒有證明IRES的功能可以跨越剪接位點。膠質母細胞瘤臨床標本表達分析證實了FBXW7-185aa在體內的有效翻譯和潛在的抑瘤活性。


IRES驅動的circβ-catenin翻譯

circβ-catenin是由β-catenin基因的第2-7外顯子反向剪接而成,形成一個1129nt的環狀小分子。它與線性β-catenin的mRNA有相同的起始密碼子,ORF的終點跨越剪切位點。它通過IRES啟動翻譯編碼含370個氨基酸的蛋白質。進一步的實驗表明,該蛋白通過激活Wnt通路促進肝癌細胞在體內外的生長。通過充當β-catenin的誘餌,保護它免受降解,從而促進其活性。


m6A驅動的circRNA翻譯

另一種機制是N6-甲基腺苷(m6A)殘基的存在,它是啟動真核細胞翻譯的第三種方式。m6A殘基在所有circRNA序列上都是富集的,并且單個的m6A足以啟動翻譯。circRNA m6A啟動的翻譯依賴于eIF4G2因子和YTHDF3 m6A閱讀器。m6A啟動翻譯的機制尚不清楚,但涉及甲基轉移酶METTL3、METTL14和Wilm腫瘤相關蛋白。這個過程是可逆的,因為m6A的翻譯可以被去甲基化酶FTO和ALKBH5抑制。它在熱休克或METTL3/14過表達的應激條件下被激活,并被FTO去甲基化酶抑制。有趣的是,依賴m6A的翻譯的啟動似乎在壓力條件下受到精確調控,并可能構成一種額外的機制,以調節在壓力狀況下特定轉錄庫的翻譯,與IRES同行。


圖2 circRNA的翻譯([1]
參考文獻
1. Le?la Halidou Diallo, Tatin F , Florian D , et al. How are circRNAs translated by non-canonical initiation mechanisms?[J]. Biochimie, 2019, 164.
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