環状RNA:機能、応用、展望
はじめに
環状RNA(circRNA)は、70年代半ばにrnaウイルス中でウイルスロイドとして発見され、当初は内因性RNAスプライシングエラーであると仮定されていた。 同じ十年の計算解析とRNA配列決定技術の進歩のおかげで、これらの誤解された円形構造は、最終的に構造と機能の両方で正しく深く認識されています。 そのコアでは、circRNAは一本鎖RNAですが、それはそれが継続的にその5’と3’末端を共有結合することによって、それ自体で閉じていることで、はるかによ それらは今同様に植物および動物に必要な調整する機能を提供すると考慮されます。 研究グループの増加数は、一般的に実行可能な医療および他のバイオテクノロジー用途に必要とされる円形Rnaに表示される有効性および有効性のレベ 例えば、従来のバイオマーカーが提案されているcircRNA代替物によって大幅に優れているケースが頻繁に報告されています。 Circrnaのpromosing機能についての支持と証拠の増加によってバックアップされ、より多くの調査と関心は、その構造やメカニズムの基本的な包括的な生物学的理 適用可能に言えば、circrnaは、パーソナライズされた医療や幹細胞療法などの他の新規治療法で癌や他の悪性疾患を標的とする可能性と生存能力の点で同等
CircRNAの特徴
Circrnaは一般に1-5個のエクソンからなり、エクソンに隣接するイントロンは線形対応物の3倍までの長さである。 詳細な分析により、イントロンセグメントに多くの相補的なインバータAluリピートが存在することが明らかになり、この特定の配置は実際にスプライスサイ それらは密接にループされた構造であるため、circRNAにはポリaテールや5’キャップのような5’および3’末端構造は事実上存在せず、エキソヌクレアーゼ切断に免疫を与えている。 経験的には、Enukaらによって実施された研究に示されているように、それらは乳腺細胞におけるそれらの線形対応物よりも2.5倍長く持続する。 . これらの物理的性質のために、rnase rの低下のような共通の実験室のスクリーニングの技術–専ら線形RNAを低下させる酵素–、またpoly-Aの尾テストは正確に線形形態上の近いループされた構造を選ぶことができる。 近年、いくつかの研究グループは、もともと同じ親DNAから発現されているが、プレmRNA鎖上のエクソンとイントロンを認識するためのスプライソソームの特異性の分化のために、最終的な成熟形態では互いにわずかに異なる潜在的なcircRNAアイソフォームを同定することに焦点を移している。 代表的なグループには、ザルツマン、ジェック、メムチャク、郭、張などがいる。 このように、circrnaの信じられないほどの多様性は説明しました：20,000の異なるタイプが真核生物でこれまでに同定されており、その数は今日まで無制限で
CircRNAの生物発生と分類
circrnaの形成は、それぞれ転写後修飾された最終産物で予約され、排除されるセグメントであるエクソンおよびイントロン基 通常、成熟したメッセンジャー RNAは、スプライソソームと呼ばれるタンパク質-RNA複合体が、通常、両端のイントロンセグメントに隣接する特定の配列の認識によって、前駆体-mRNA分子内のイントロンセグメントの切断を触媒するときに形成される。 エクソンセグメントは融合し，イントロニックセグメントは結果的に取り出されて劣化する。 この従来の認識は、すべてのスプライス部位にわたる効力の偏差および差を考慮に入れておらず、そのうちのいくつかは、結果として、スプライスオソームが無視し、必然的にcircRNAの合成につながる可能性がある。 さらに、5’と3’スプライスサイトの空間的配置の寄与は、前者が後者の下流に配置されている場合、スプライスオソームが有利に線形エクソン分子上の共有結合的に閉じた円形構造を構築するために、無視されるべきではない。 この機構は、一般に”エキソンスクリンブリング”と呼ばれ、エキソニック、イントロニック、エキソイントロニックおよび遺伝子間を含む異なるタイプのcircrnaを生じさせる。 癌の特定のケースでは、内部構造は悪性腫瘍の膨張性およびこうして侵略的な性質が原因で定めさらにもっと困難です。 本発明者らは、ｃｉｒｃＲＮＡの生物発生および機能性を図１ ０に簡単に描写した。 1.
環状RNAの生物発生と機能の概要。 説明と脚注：エクソンとイントロンの両方の間の相互作用が存在しない、その成熟した形のメッセンジャー RNA。 bラリアット駆動の循環化。 上流のエクソン（エクソン1）と下流のエクソン（エクソン4）は、mRNAがスプライシングされるために共有結合している。 これは、エクソン2と3である、残っているペアアップエクソンと一緒にRNAラリアットの生産を容易にします。 c RNA結合タンパク質駆動およびイントロン対形成駆動Circularisations。 どちらの場合も、上流と下流のイントロン（イントロン1と3）は、挟まれたエクソン（エクソン2と3）が相互作用する機会を提供するために対になっているが、唯一の違いは、前者の場合、外部のRBP分子が積極的に反応を容易にするために式に参加するのに対し、イントロン対駆動循環では、上流と下流のイントロンの水酸基とリン酸基がそれぞれ独立して対になっていることである。 ｄ ｅｃｉｒｃｒｎａまたはＥｌｃｉｒｃｒｎａは循環経路に関係なく産生される。 いくつかの場合において、イントロニックセグメントはループ内に存在し、したがって、純粋にエキソニックセグメントを含むecircRNAとは対照的にElcircrnaを生じさせる。 成長したcircrnaのeの機能性はある化学反応のための二重抑制剤として機能するmiRNAのスポンジを含んでいます;蛋白質翻訳は非常にまれであるが可能、; mRNAの相互作用は、それが促進的または阻害的であるか
CircRNA機能：マイクロRNAスポンジ
circRNAの構造の一意性のために、それらは線形形態のようなタンパク質をコードしません。 研究は、実証的証拠を支持して、特定のcircrnaがマイクロrnaスポンジとして作用し、それらのメカニズムを効果的に妨害することを示している。 マイクロrnaは、典型的にはmrna上に自分自身をラッチし、競合的または非競合的な方法のいずれかを介してタンパク質への翻訳を阻害することによ それらは、位置2から7までのヌクレオチドの同じ配列を共有するかどうかに応じて、それらの種子領域によって家族に分類される。 Circrnaはmirnaの種の領域を確認し、競争的にそれらを不活性化するmicroRNAsに対抗するために相補性を所有しています。 特に二つのcircrna、それぞれCdr1AsとcircSRYは、現在の科学研究のためのスポットライトです。 Ｃｄｒ１Ａｓは、ｍｉＲＮＡ−７の７ ０個の保存された結合部位を含み、他のどの線状ｍｉＲＮＡスポンジよりもはるかに有意であることが観察される。 そのスポンジ能力はMemczakらによって確認されている。 これは、その後のゼブラフィッシュ中脳の開発を監視することにより、標的miRNAに対するCdr1As阻害活性の支持証拠を得るためにゼブラフィッシュ脳 一方、ＣｉｒｃＳｒｙは、マウス精巣で試験され、ｍｉＲ−１ ３ ８種子領域に対するその相補的な攻撃が注目される。 それは16の特定の結合部位を含んでいるので、すべてのスポンジ分子の中でまだ印象的な数は、それらのスポンジ機能化仮説が確認されています。
CircRNA機能：Rbpとの相互作用およびタンパク質翻訳
circRNAが他の経路を介して遺伝子の転写および発現を調節することを見出したものもある。 それらは、circ-Foxo3のようなRNA結合タンパク質（Rbp）と相互作用し、p21およびCDK2と相互作用することによって細胞の生存および増殖に影響を与える複合体を形成することがあり、Cdr1Asの場合のような二重構造を形成することによってmRNAの安定性を強化するものもある。 より議論の余地のあるメモでは、Legnini I.et al. およびＰａｍｕｄｕｒｔｉ Ｎ． 特定のcircrnaは、マウス筋芽細胞とハエの頭の一つで、タンパク質のために翻訳することができることを発見しました。 このようなニュースは、従来、非コーディングであると考えられていたcircRNA能力に関する新しい仮説をもたらす。 一本鎖circRNAである肝炎ウイルスから翻訳されたタンパク質の最初の発見以来、開始コドンの上流にIRES（internal ribosome entry site）を挿入することにより、circRNA翻訳能力の活性化を検証している人もいます。 これらのcircRNAの正確な翻訳機構を完全に理解するためには、さらに多くのことが必要であり、他の大部分はそうではありませんが、なぜそれらが機能す
CircRNA応用可能性
より実用的なノートでは、circrnaは、その閉鎖された円形構造のためにエキソヌクレアーゼによって容易に分解することができないため、疾患の診断および治療のための実行可能なバイオマーカーである。 いくつかの場合において、ｃｉｒｃＲＮＡは、従来のバイオマーカーよりも優れていることが見出されている。 例えば、胃癌（GC）組織におけるcirc-PVT1のアップレギュレーションは、miR-125のスポンジ活性を強化し、その後、GC増殖を奨励しています ; HSA_circ_0000190は、GCと接触するとダウンレギュレーションが起こり、CEAやCA19–9のようなバイオマーカーよりも敏感で特異的であることがテストされています。 別の例は、肝細胞癌（ＨＣＣ）であり、ここで、優勢な使用における現在のバイオマーカーは、Α−フェトプロテイン（ＡＦＰ）である。 AFPは感度が悪く、HCCを有するすべての患者の40％が正常なAFPレベルを試験した。 この感度を高めるための建設的な方法は、効果的な解決策ではない他のマーカーとの組み合わせによるものです。 あるいは、Ｘｉｎｇｃｈｅｎ Ｓｈａｎｇ ｅ ｔ ａ ｌ． circ_005075と腫瘍サイズとの間の相関関係が示唆されており、それらの安定性および特異性のために有効性および可能性の両方において優れている生 これは、Hccの開発と侵入が密接にその完全なメカニズムはまだ不明であるが、circrnaにリンクされていることを示唆しています。 それにもかかわらず、癌研究に適用可能な実現可能なcircRNAバイオマーカーのリストは、これら2つの疾患のみに限定されない。 我々は、表1に見つけることができる様々なヒト疾患に関与するcircrnaに関する利用可能な研究をまとめました。
さらに最近の研究では、エキソソーム中のcircrnaの濃縮と安定性を解読しようとしており、circrnaの標的化能力をさらに高めることができる組み合わせである。 エキソソームは細胞外小胞であり、その主な機能は様々な細胞内容物、化学物質および因子を輸送することであり、細胞間の相互作用および応答を可能に このように、かなりの数の細胞変化および組織応答は、同じ適合性のその対応する小胞がその目的地および不法な応答または輸送された因子に成功裏に到達したかどうかの結果である。 エキソソーム機構の理解を得ることは、腫瘍微小環境や細胞間ネットワーク上のメディエーションを導出するのに役立ち、したがって、悪性または機能不全の細胞に対する有効性と標的化能力の強化の可能性に照らして、最近エキソソームcircRNAに大きな関心を呼び起こしている。
circrnaの起源は、最終的にはドナー細胞の対応するmiRNAレベルに依存し、これは本質的に免疫および非免疫の両方であり得る。 エキソソームＲｎａは、ｍｉＲ−２ １ ７の過剰発現の最近の症例に示されているように、細胞周期を加速することによってＤＮＡへの損傷を最小限に抑えることができ、その結果、ｃｌｃｌｉｎ−Ｄ１およびＥＺＨ２発現が減少する。 この挙動は、新生物の形成における規制緩和された増殖に関連していると考えられている。 さらに、多くの実験結果は、エキソソームと腫瘍性形質転換との間の直接の関係だけでなく、腫瘍微小環境に対するcircRNAのメカニズム的効果を締結しています。 例えば、膵管腺癌（PDAC）を例にとると、エキソソームcirc-PED8Aの異常な高発現が関連しており、エキソソームCircNRIP1は、別の研究では、miR-149-5pをスポンジングすることによ おそらく最も重要なのは、エキソソームcircptgr1が肝細胞癌（HCC）の発症に持っている役割であり、エキソソームcircRNAをアップレギュレートすることは腫瘍浸潤を奨励した。 これらの相関性の高い知見のために、エキソソームcircrnaは、彼らが発現レベルとその優れた安定性を変化させる方法に基づいて、その生来の標的送達機 現在のところ、1000以上のcircrnaは、余分なエキソソーム-circRNA-癌の組み合わせを発見する上でより多くの研究が行われて、人体全体のエキソソームで同定されています。
CircRNAの課題と展望
circRNAの人気の高まりと並行して研究が進んでいるにもかかわらず、ほとんどのcircrnaの生物学的機能は依然として謎のままである。 例えば、circrnaの大部分は細胞質内をパトロールするが、細胞の核に由来することが観察されているので、それらが小さな核孔を通ってどのように適合するかの問題が提起されている。 さらに、環状化されたエクソン（85％）の多くは、タンパク質コード配列と重複するが、circrnaの大部分は、タンパク質をコードしないという事実は、調査されるべき残 より臨床的なノートでは、従来の診断手順を完全に置き換えることができるように、さらなる検査が必要です。 外傷を引き起こす患者の組織抽出や組織における高価なcircRNA検出などの懸念は、それらの二次構造とそれらの間で異なる役割に関する完全な包括的な理解を得ることと一緒に対処されるべきである。 適切なcircRNAバイオマーカーを患者に適切に投与できないと、臨床結果が難読化され、提案されたcircrnaの生成、局在化、分解のより良い画像を得ることによって克服されなければならない。
それにもかかわらず、circrnaはまだ生物学的治療ツールの範囲の開発のための魅力的なオプションです。 スプライスサイト隣接配列の相補的なターゲティングのためのグループI置換イントロン-エクソン（PIE）配列を利用したin vitroおよびin vivo RNA構築の両方の報 補足として、circRNAの診断可能性の多様性を広げることには、多くの改善の余地があります。 一実施例では、血液の現在の分子分析は、ゲノムＤＮＡの無細胞断片を分析する際に保持される。; 大きな将来の見通しは、疾患の発症と進行をより詳細に監視するために、疾患特異的な細胞外小胞のサンプリングを検討することであろう。 これらの考えは選択的な蛋白質の規則およびプログラムされた細胞の信号を送ることのそれ以上の提案のための基礎を築く。 継続的な実験で何度も何度も実証されているように、circrnaは自信を持ってスポンジとバイオマーカーの可能性を示しており、長い間誤解されていたcircrnaの秘密
