Kruhová RNA: funkce, aplikace a perspektivy

Úvod
CircRNA vlastnosti
CircRNA biogeneze a klasifikace
CircRNA funkce: mikrorna houby
funkce CircRNA: interakce s RBP a translace proteinů
CircRNA aplikační potenciál
CircRNA výzvy a vyhlídky

Úvod

Kruhová RNA (circRNA) byla objevena v RNA virů, viroidů v polovině 70. let, původně vyslovena hypotéza, že být endogenní RNA sestřih chyba . Díky pokroku ve výpočetní analýze a technikách sekvenování RNA ve stejném desetiletí byly tyto nepochopené kruhové struktury konečně rozpoznány správně a hluboce jak ve struktuře, tak ve funkčnosti . Ve svém jádru, circRNA je jediné pletl RNA, ale to se liší od daleko lépe známý lineární RNA v tom, že je neustále uzavřený do sebe pomocí kovalentně připojí svůj 5′ a 3′ koncích , což prezentuje některé zajímavé vlastnosti, které nejsou plně prozkoumány: proteinový komplex lešení, rodičovský gen modulace, RNA-protein interakcí a mikrorna (miRNA) houba, jen abychom jmenovali alespoň některé . Nyní se má za to, že poskytují základní regulační funkci pro rostliny i zvířata . Zvyšující se počet studijních skupin ukázaly a ověřena v rozsahu, úroveň efektivity a účinnosti zobrazena v kruhové RNAs, která je obvykle vyžadována v životaschopné, lékařské ošetření a další biotechnologické aplikace. Například jsou často hlášeny případy tradičních biomarkerů, které jsou výrazně překonány navrženými náhradami circRNA. Opírající se o rostoucí podporu a důkazy o promosing schopnosti circRNAs, více šetření a zájem by měl být jako takový, ne pouze ze základní komplexní biologické pochopení jeho struktury a mechanismy, ale také na systematické úrovni jejich interakce s okolními molekulami a prostředí. Applicably řečeno, circRNAs jsou na stejné úrovni z hlediska jeho potenciálu a životaschopnosti cíl rakovina a ostatní maligní onemocnění s další z nových způsobů léčby, jako jsou personalizované medicíny a kmenových buněk terapie.

CircRNA vlastnosti

CircRNAs obecně skládá z 1-5 exonů a intronů lemující exons jsou až 3 krát tak dlouho, jako jejich lineární protějšky. Bližší analýza odhalila přítomnost mnoha doplňkových střídače Alu opakuje v intron segmentů , což vede někteří spekulují, že toto konkrétní uspořádání skutečně usnadňuje spojovat stránky snadno najít navzájem a podporovat circularisation. Protože jsou úzce-smyčkové struktury, tam jsou účinně ne 5′ a 3′ konec struktur, jako jsou poly-orel a 5′ čepice v circRNA, čímž je imunní vůči exonuclease štěpení . Empiricky trvají 2, 5krát déle než jejich lineární protějšky v mléčných buňkách, jak je ilustrováno ve studii provedené Enukou et al. . Díky těmto fyzikálním vlastnostem mohou běžné laboratorní screeningové techniky, jako je degradace Rnázy R-enzym, který výlučně degraduje lineární RNA – a také testování poly-a ocasu, přesně vybrat blízké smyčkové struktury nad lineárními formami. Několik výzkumných skupin v posledních letech přesunuly své zaměření na identifikaci potenciálních circRNA izoformy, struktury, které jsou původně vyjádřil ze stejné rodičovské DNA, ale jsou mírně odlišné od sebe navzájem ve svém konečném zralé formě vzhledem k diferenciaci ve specifičnosti spliceosomes uznat exonů a intronů na pre-mRNA pramen . Mezi významné skupiny patří Salzman, Jeck, Memczak, Guo a Zhang . Jako takové neuvěřitelné rozmanitosti circRNAs vysvětlil: 20.000 různých typů byly zjištěny u eukaryot tak daleko, číslo, která zůstává dodnes otevřená .

CircRNA biogeneze a klasifikace

tvorba circRNAs vyplývají z umístění a míchat z exon a intron skupiny, což jsou segmenty, které jsou vyhrazeny a odstraněny ve finální post-transkripčně modifikovaný produkt, resp. Normálně zralé messenger RNA je tvořen, když protein-RNA komplex s názvem spliceosome katalyzuje štěpení-z intron segmenty v prekurzor-mRNA molekuly, obvykle rozpoznávání specifické sekvence lemující intron segmentu na obou koncích. Segmenty exonu se fúzují, zatímco intronické segmenty jsou následně vyjmuty a degradovány. Tato konvenční vnímání nebere v úvahu odchylky a rozdíl v účinnosti napříč všemi splice lokalit , z nichž některé, jako výsledek, spliceosome může ignorovat a nevyhnutelně vést k syntéze circRNA. Navíc, příspěvek prostorové uspořádání na 5′ a 3′ splice site je není možné ignorovat, neboť v případě, že bývalý je umístěn za druhé, pak spliceosome příznivě konstrukty kovalentně uzavřené kruhové struktury přes lineární exonic molekuly . Tento mechanismus, běžně označovaný jako “Exon Scrambling” vede k různým typům cirkrna včetně exonic, intronic, exon-intronic a intergenic . V případech specifických pro rakovinu je vnitřní struktura ještě obtížnější určit kvůli expanzivní a tedy invazivní povaze maligních nádorů . Stručně jsme znázornili biogenezi a funkčnost cirkrna na obr. 1.

CircRNA funkce: mikrorna houby

Vzhledem k jedinečnosti ve strukturách circRNA, nemají kód pro bílkoviny jako lineární formy . Studie ukázaly, s podporou empirických důkazů, že některé cirrna působí jako mikroRNA houby a účinně brání jejich mechanismu. Mikrorna jsou 21-nt dlouhé nekódující RNA sekvence, které podpory v post-transkripční regulace genové exprese, obvykle tím, že západkové sami na mRNAs a brání jeho překlad do proteinů prostřednictvím buď soutěžní, nebo nesoutěžní módní. Jsou rozděleny do rodin podle jejich semenných oblastí, v závislosti na tom, zda sdílejí stejnou sekvenci nukleotidů z pozic 2 až 7 . Cirkrna mají komplementaritu, aby se proti sobě připojily k mikroRNA, rozpoznání semenných oblastí miRNA, a kompetitivně je deaktivovat. Zejména dvě circrna, respektive CDR1as a circSRY, jsou v současné době středem pozornosti vědeckého výzkumu. Je pozorováno, že CDR1as obsahuje 70 konzervovaných vazebných míst pro miRNA-7, mnohem významnější než jakákoli jiná lineární houba miRNA. Jeho sponging schopnost je potvrzena Memczak et al. , které použil izolovat z CDR1as molekuly proti zvýšené exprese miR-7 v dania pruhovaného mozek získat podpůrné důkazy o CDR1as inhibiční aktivity proti cílené miRNA sledováním následné danio pruhované středního mozku vývoj. CircSRY je naproti tomu testován na myších varlatech a je zaznamenán jeho doplňkový útok na oblast semen miR-138 . Vzhledem k tomu, že obsahuje 16 specifických vazebných míst, počet stále působivých mezi všemi molekulami houby, je potvrzena jejich hypotéza funkcionalizace houby.

funkce CircRNA: interakce s RBP a translace proteinů

někteří zjistili, že circRNA reguluje transkripci a expresi genů jinými cestami. Oni mohou interagovat s RNA vazebné proteiny (RBPs) jako circ-Foxo3 a společně tvoří komplex, který ovlivňuje přežívání buněk a proliferaci, které v interakci s p21 a CDK2 ; někteří posiluje mRNA stability tím, že tvoří duplexní struktury jako v případě CDR1as. Na kontroverznější poznámku, skupiny jako Legnini i. et al. a Pamudurti N. R. et al. zjistil, že některé circRNAs může přeložit pro proteiny, jeden v myších myoblastů a jeden v lítat hlavy . Taková zpráva přináší novou hypotézu o schopnostech circRNA, obvykle považovanou za nekódující . Od prvního objevu proteinů přeložených z viru hepatitidy-jednovláknové circRNA, někteří ověřili aktivaci translační schopnosti circRNA vložením IRES (interní vstupní místo ribozomu) před startovní kodon . Mnohem více je třeba udělat, aby plně pochopit přesný posuvný mechanismus těchto circRNAs, a proč pracují, zatímco většina ostatních ne.

CircRNA aplikační potenciál

Na více praktické vědomí, circRNAs jsou životaschopné biomarkery pro diagnostiku a léčbu onemocnění, jako nemohou být snadno narušena exonucleases vzhledem ke své uzavřené kruhové struktury. V některých případech bylo zjištěno, že circrna trumfují konvenční biomarkery. Například upregulace circ-PVT1 v tkáních karcinomu žaludku (GC) zvyšuje houbovou aktivitu miR-125 a následně podporuje proliferaci GC ; hsa_circ_0000190 má také přitahuje pozornost tím, že operační právě naopak – downregulation nastane, když přijde do kontaktu s GC, a to je testován, aby se více citlivé a specifické biomarkery, jako je CEA a CA 19-9 . Dalším příkladem je hepatocelulární karcinom (HCC), kde převládajícím biomarkerem je alfa-fetoprotein (AFP). AFP vykazuje špatnou citlivost, přičemž 40% všech pacientů s HCC testovalo normální hladiny AFP. Konstruktivní způsob, jak zvýšit tuto citlivost, je kombinace s jinými značkami, což není efektivní řešení. Alternativně, Xingchen Shang et al. navrhl korelace mezi circ_005075 a velikost nádoru , výpis jako životaschopný prognostický biomarker, který je vynikající jak v účinnosti a potenciálu vzhledem k jejich stabilitu a specifičnost. To naznačuje, že vývoj a invaze Hcc jsou úzce spojeny s circrna, i když jeho úplný mechanismus je stále nejasný. Seznam proveditelných biomarkerů circRNA použitelných pro výzkum rakoviny se však neomezuje pouze na tato dvě onemocnění. Shrnuli jsme dostupné studie týkající se cirkrna zapojených do různých lidských chorob, které lze nalézt v tabulce 1.

Tabulka 1 Seznam významných circRNAs a jejich role v odpovídající onemocnění

Další nedávné studie identifikovány a snaží dekódovat obohacení a stabilitu circRNAs v exosomy, kombinace, která by mohla dále posílit zaměření schopnost circRNAs. Exosomy jsou extracelulární vezikuly, jejichž hlavní funkcí je transport různých buněčných obsahů, chemikálií i faktorů, což umožňuje interakci a reakci buněk na buňky . Jako takový, značný počet buněčných změn a reakce tkání jsou důsledkem toho, zda jeho odpovídající váčku ze stejného kompatibilita úspěšně dosáhl svého cíle a illicited odpovědi nebo přepraveno faktory . Získání porozumění exosome mechanismus může pomoci při odvozování mediace na nádorové mikroprostředí a mezibuněčné sítí, proto což vyvolalo velký zájem v exosome circRNA v poslední době s ohledem na možnost posílit účelnost a zaměření, schopnost na maligní nebo nefunkční buňky.

původ cirkrna nakonec závisí na odpovídajících hladinách miRNA v jejich dárcovských buňkách, které mohou být imunitní i neimunitní povahy. Exosomové RNA mohou minimalizovat poškození DNA zrychlením buněčného cyklu, jak je ukázáno v nedávném případě nadměrné exprese miR-217, což vede ke snížení expresí clclin-D1 a EZH2. Předpokládá se, že toto chování souvisí s deregulovanou proliferací ve formacích novotvarů . Stát svůj, mnoho experimentálních výsledků k závěru, že přímý vztah mezi exosomy a neoplastické transformace, stejně jako circRNA je mechanický účinek na nádorové mikroprostředí . Přičemž pankreatu duktální adenokarcinom (PDAC) například, to má být spojeny abnormální vysoké výraz exosome circ-PED8A ; exosome circNRIP1 podporuje metastatis u Karcinomu Žaludku (GC) houbou miR-149-5p, v jiné studii. Snad nejvýznamnější je role exosomu circPTGR1 má na vývoj hepatocelulárního karcinomu (HCC), přičemž upregulace exosomu circRNA podporovala invazi nádoru. Díky těmto vysoce-související zjištění, exosome circRNAs jsou navrženy jako diagnostické indikátory pro jejich odpovídající zhoubných nádorů založené na tom, jak respondent jsou v měnící se výraz úrovní a jejich vynikající stabilitu, spolu s jeho vrozenou cílené dodávky mechanismus . Jako dárek, více než 1000 circRNAs byl identifikován v exosomy v celém lidském těle, se další výzkum se provádí na objevování extra exosome-circRNA-rakovina kombinace.

CircRNA výzvy a vyhlídky

i Přes rostoucí výzkumu byly prováděny paralelně s vzestupem circRNA popularitu, biologické funkce většiny circRNAs stále zůstává záhadou. Například, je zjištěno, že většina circRNAs hlídka v cytoplazmě, ale pocházejí z jádra buňky, takže otázka, jak se vejde přes malé jaderných pórů je aktivována. Dále je třeba zkoumat skutečnost, že mnoho cirkulovaných exonů (85%) se překrývá se sekvencemi kódujícími proteiny, ale většina cirkrna nekóduje proteiny. Na více klinických vědomí, které vyžadují další testování, aby bylo možné zcela nahradit tradiční diagnostické postupy. Obavy, jako je extrakce tkáně pacienta způsobující trauma a nákladná detekce circRNA v tkáni, je třeba řešit spolu se získáním úplného komplexního porozumění ohledně jejich sekundárních struktur a rozdílných rolí mezi sebou. Nesprávné podání vhodných biomarkerů circRNA u pacientů může zamlžit klinické výsledky, které je třeba překonat získáním lepšího obrazu o generování, lokalizaci a degradaci navrhovaných circrna.

nicméně cirkrna jsou stále atraktivní možností pro vývoj řady biologických terapeutických nástrojů. Tam už jsou zprávy jak in vitro a in vivo RNA konstrukce s využitím skupiny jsem deionizovaná intron-exon (KOLÁČ) sekvence pro doplňkové zaměření spliceosomal-backsplice-stránky přilehlé sekvence, a tento mechanismus může být extrapolovány, aby obsahovala všechny sekvence nebo proteinů se známou strukturou, pokud jsme tak touží. Jako vedlejší poznámka existuje velký prostor pro zlepšení v rozšíření rozmanitosti diagnostických možností circRNA. V jednom příkladu, současná molekulární analýza krve je zachována při analýze fragmentů genomové DNA bez buněk; Velkou budoucnost vyhlídky by zvážit odběr vzorků onemocnění specifické extracelulární váčky sledovat onemocnění, nástup a progrese s více detaily. Tyto myšlenky položily základ pro další návrhy selektivní regulace proteinů a programované buněčné signalizace. Jak bylo znovu a znovu prokázáno v probíhajících experimentech, circrna s jistotou projevily svůj sponging a biomarkingový potenciál, což by nás mělo nutit k odhalení tajemství dlouho nepochopených circrna.