Circulair RNA: functies, toepassingen en vooruitzichten

Inleiding

circulair RNA (circRNA) werd ontdekt in RNA-virussen als viroïden in het midden van de jaren ‘ 70, aanvankelijk verondersteld een endogene RNA-splicingfout te zijn . Dankzij de vooruitgang in computationele analyse en RNA sequencing technieken in hetzelfde decennium, zijn deze verkeerd begrepen circulaire structuren eindelijk correct en diep erkend, zowel in structuur en functionaliteit . In zijn kern is circRNA één enkel vastgelopen RNA, maar het verschilt van het veel beter bekende lineaire RNA in dat het onophoudelijk op zichzelf gesloten door covalent bij zijn 5′ en 3’ einden aan te sluiten , waardoor sommige fascinerende eigenschappen worden gepresenteerd die niet volledig worden onderzocht: eiwitcomplex steigers, oudergenmodulatie, RNA-eiwitinteracties en microRNA (miRNA) spons, om er maar een paar te noemen . Ze worden nu beschouwd als essentiële regulerende functie voor zowel planten als dieren . Een toenemend aantal studiegroepen heeft aangetoond en gecontroleerd tot op zekere hoogte het niveau van effectiviteit en werkzaamheid weergegeven in circulaire RNAs die typisch nodig is in levensvatbare medische behandelingen en andere biotechnologische toepassingen. Bijvoorbeeld, worden de gevallen van traditionele biomarkers die enorm door voorgestelde circRNA substituten worden overtroffen vaak gerapporteerd. Gesteund door groeiende steun en bewijsmateriaal over de het bevorderen capaciteiten van circRNAs, zouden meer onderzoek en de belangstelling als zodanig, niet alleen van een fundamenteel uitvoerig biologisch begrip van zijn structuren en mechanismen, maar ook op een systematisch niveau van hun interactie met omringende molecules en milieu ‘ s moeten worden gebracht. Applicably spreken, circRNAs zijn op pari in termen van zijn potentieel en levensvatbaarheid om kanker en andere kwaadaardige ziekten met andere nieuwe behandelingen zoals gepersonaliseerde geneeskunde en stamceltherapieën te richten.

CircRNA kenmerken

Circrna ‘ s bestaan over het algemeen uit 1-5 exonen en de introns die de exonen flankeren zijn tot 3 keer zo lang als hun lineaire tegenhanger. Nadere analyse heeft de aanwezigheid van vele complementaire inverter Alu herhalingen in de intron-segmenten aan het licht gebracht , wat ertoe leidt dat sommigen speculeren dat deze bijzondere regeling de splice-locaties daadwerkelijk vergemakkelijkt om elkaar gemakkelijk te lokaliseren en circularisatie te bevorderen. Aangezien zij dicht-lus structuren zijn, zijn er effectief geen 5 ‘en 3’ eindstructuren zoals poly-a staarten en 5 ‘ kappen in circRNA, die hen immuun maken voor exonuclease splitsing . Empirisch, ze duren 2,5 keer langer dan hun lineaire tegenhangers in borstcellen, zoals geïllustreerd in een studie uitgevoerd door Enuka et al. . Wegens deze fysische eigenschappen, kunnen de gemeenschappelijke laboratorium het onderzoekstechnieken zoals degradatie van RNase R – een enzym dat uitsluitend lineair RNA – evenals poly-a staart het testen afbreekt nauwkeurig dicht van een lus voorziene structuren over lineaire vormen selecteren. Verscheidene onderzoeksgroepen in de afgelopen jaren hebben hun nadruk bij het identificeren van potentiële circRNA-isovormen verschoven, structuren die oorspronkelijk van hetzelfde ouderdna worden uitgedrukt maar lichtjes van elkaar in zijn definitieve rijpe vorm wegens differentiatie in specificiteit van spliceosomes verschillen om exons en introns op de pre-mRNA-bundel te erkennen . Bekende groepen zijn Salzman, Jeck, Memczak, Guo en Zhang . Als zodanig de ongelooflijke diversiteit van circRNAs uitgelegd: 20.000 verschillende types zijn geïdentificeerd in eukaryotes tot nu toe, een aantal dat blijft tot op de dag open-ended .

CircRNA biogenese en classificatie

de vorming van circrna ‘ s ontstaat door de positionering en vervorming van exon-en intron-groepen, die segmenten zijn die respectievelijk worden gereserveerd en geëlimineerd in het uiteindelijke post-transcriptioneel gemodificeerde product . Normaal wordt een rijpe boodschappersRNA gevormd wanneer een eiwit-RNA complex genoemd spliceosome het splijten-uit intron segmenten in een precursor-mRNA molecule katalyseert, gewoonlijk door erkenning van specifieke opeenvolgingen die het Intron segment aan beide einden flankeren. De exon-segmenten fuseren, terwijl de intronische segmenten bijgevolg worden verwijderd en gedegradeerd. Deze conventionele waarneming houdt geen rekening met de afwijking en het verschil in potentie over alle splitsingsplaatsen , waarvan sommige, dientengevolge, het spliceosoom kunnen negeren en onvermijdelijk tot de synthese van circRNA leiden. Bovendien moet de bijdrage van de ruimtelijke ordening van de 5′ en 3’ laslocatie niet worden genegeerd, want als de eerste stroomafwaarts van de laatste wordt geplaatst, dan construeert het spliceosoom gunstig een covalent gesloten cirkelvormige structuur over een lineair exonisch molecuul . Dit mechanisme, gewoonlijk aangeduid als “Exon Scrambling” geeft aanleiding tot verschillende soorten circRNAs met inbegrip van exonic, intronic, exon-intronic en intergenic . In kanker specifieke gevallen, de interne structuur is nog moeilijker te bepalen als gevolg van de expansieve en dus invasieve aard van kwaadaardige tumoren . We hebben kort de biogenese en functionaliteit van circRNAs in Fig. 1.

overzicht van de biogenese en functionaliteit van circulair RNA. Uitleg en voetnoten: A een boodschapper RNA in zijn volwassen vorm, waarin interactie tussen zowel de exonen als introns afwezig zijn. b Lariat-gedreven Circularisatie. De upstream exon (exon 1) en downstream exon (exon 4) zijn covalent gebonden toe te schrijven aan mRNA wordt gesplitst. Dit vergemakkelijkt de productie van RNA lariat naast in paren gerangschikt-omhoog exons die blijven, die Exons 2 en 3 zijn. C RNA-Bindende eiwit gedreven en Intron-het koppelen gedreven Circularisaties. In beide gevallen is de upstream-en downstream introns (introns 1 en 3) zijn gekoppeld om een mogelijkheid te scheppen voor de ingeklemd Exonen (exonen 2 en 3) om te communiceren, het enige verschil is dat met het eerste geval, een externe RBP molecuul joins maken de vergelijking actief faciliteren van de reactie, terwijl bij Intron-pairing Gedreven Circularisation, de hydroxyl groep en de fosfaatgroep van de upstream-en downstream-introns respectievelijk twee onafhankelijk van elkaar. d ecircRNA of ElcircRNA wordt geproduceerd ongeacht de Circularisatieroute. In sommige gevallen, woont intronic segmenten in de lijn, vandaar veroorzakend tot ElcircRNAs in tegenstelling tot ecircRNA die zuiver exonic segmenten bevat. e de functionaliteiten van rijpe circRNAs omvatten miRNA het sponsen, handelend als dubbele inhibitor voor sommige chemische reacties; de Eiwitvertaling is mogelijk, hoewel vrij zeldzaam en het onderzoek wordt gedragen om te begrijpen hoe het van lineaire vertalingen van RNA verschilt; RBP-eiwit complexe formatiehulp regelt en matigt wegen en beïnvloedt indirect de productie van andere circRNAs; mRNA interacties, zij het faciliterend of remmend

CircRNA-functie: microRNA-sponzen

omdat circRNA-structuren uniek zijn, coderen ze niet voor eiwitten zoals de lineaire vormen . De Studies hebben, met ondersteunend empirisch bewijsmateriaal aangetoond, dat bepaalde circRNAs als microRNA sponzen handelen en effectief hun mechanisme belemmeren. MicroRNAs is 21 nt lange niet-codeert opeenvolgingen van RNA die in de post-transcriptional verordening van genuitdrukking helpen, typisch door zich op mRNAs te sluiten en zijn vertaling in proteã ne via of Concurrerende of niet-concurrerende manier te verbieden. Zij worden geclassificeerd in families door hun zaadgebieden, afhankelijk van of zij dezelfde opeenvolging van nucleotiden van posities 2 tot 7 delen . CircRNAs bezitten de complementariteit om zich tegen microRNA ‘s te hechten, de zaadgebieden van de mirna’ s te erkennen en deze competitief te deactiveren. Met name twee circrna ‘s, respectievelijk Cdr1a’ s en circSRY, staan momenteel in de schijnwerpers voor wetenschappelijk onderzoek. Men merkt op dat CDR1as 70 behouden bandplaatsen voor miRNA-7 bevat, veel significant dan om het even welke andere lineaire mirnaspons. Het sponzen vermogen wordt bevestigd door Memczak et al. , die het afzonderen van cdr1as molecules tegen opgeheven uitdrukking van miR-7 in zebravishersenen gebruikte om ondersteunend bewijsmateriaal van remmende activiteiten van CDR1as tegen gerichte miRNA te verkrijgen door verdere ontwikkelingen van de zebravishoofdhersenen te controleren. CircSRY, aan de andere kant, wordt getest in muriene testes en zijn complementaire aanval op het mir-138 zaadgebied wordt opgemerkt . Aangezien het 16 specifieke bindingsplaatsen bevat, een aantal nog steeds indrukwekkend onder alle sponsmoleculen, wordt hun sponsfunctionalisatiehypothese bevestigd .

CircRNA-functie: interactie met RBP ‘ s en eiwitvertaling

sommigen hebben ontdekt dat circRNA de gentranscriptie en expressie via andere routes reguleert. Zij kunnen met de bindende proteã nen van RNA (RBPs) zoals circ-Foxo3 in wisselwerking staan en samen een complex vormen dat celoverleving en proliferatie beà nvloedt door met p21 en CDK2 in wisselwerking te staan ; wat versterkt mRNA stabiliteit door duplexstructuren zoals in het geval van CDR1as te vormen. Op een meer controversiële noot, groepen zoals Legnini I. et al. en Pamudurti N. R. et al. ontdekte dat bepaalde circRNAs voor proteã nen, één in muriene myoblasten en één in vliegkoppen kan vertalen . Dergelijk nieuws brengt nieuwe hypothese’ op circRNA mogelijkheden, conventioneel gedacht dat niet-codering . Sinds de eerste ontdekking van proteã nen die van hepatitis virus-een single-stranded circRNA worden vertaald, hebben sommigen de activering van circRNA vertalend vermogen door een IRES (interne plaats van de ribosoomingang) stroomopwaarts van het begincodon in te voegen geverifieerd . Er is veel meer nodig om het exacte translationele mechanisme van deze circRNAs volledig te begrijpen, en waarom ze werken terwijl de meerderheid van anderen dat niet doen.

CircRNA toepassingspotentieel

in de praktijk zijn circrna ‘ s levensvatbare biomarkers voor de diagnose en behandeling van ziekten, omdat ze vanwege hun gesloten cirkelstructuur niet gemakkelijk door exonucleasen kunnen worden afgebroken. In sommige gevallen, zijn circRNAs gevonden om conventionele biomarkers te trump. Bijvoorbeeld, verbetert de upregulation van circ-PVT1 in de weefsels van maagkanker (GC) sponzing activiteit van miR-125 en bevordert later GC proliferatie ; hsa_circ_0000190 heeft ook de aandacht getrokken door precies de tegenovergestelde manier te werken – downregulation treedt op wanneer het in contact komt met GC, en het wordt getest om gevoeliger en specifieker te zijn dan biomarkers zoals CEA en CA 19-9 . Een ander voorbeeld is in Hepatocellular Carcinoma (HCC), waar de huidige biomarker in overheersend gebruik Alpha — fetoprotein (AFP) is . AFP toont een slechte gevoeligheid, waarbij 40% van alle patiënten met HCC getest normale AFP-niveaus. De constructieve manier om deze gevoeligheid te vergroten is door combinatie met andere markers, wat geen effectieve oplossing is. Alternatief, Xingchen Shang et al. heeft de correlatie tussen circ_005075 en tumorgrootte voorgesteld, die het als een levensvatbare prognostische biomarker noemt die zowel in doeltreffendheid als potentieel superieur is vanwege hun stabiliteit en specificiteit. Dit suggereert dat de ontwikkeling en invasie van HCC ‘ s nauw verbonden zijn met circRNAs, hoewel het volledige mechanisme nog onduidelijk is. Niettemin, is de lijst van haalbare circRNA biomarkers toepasselijk op kankeronderzoek niet beperkt tot uitsluitend deze twee ziekten. Wij hebben de beschikbare studies met betrekking tot circRNAs betrokken bij verschillende ziekten bij de mens samengevat die in Tabel 1 kunnen worden gevonden.

de aanvullende recente studies hebben de verrijking en de stabiliteit van circRNAs in exosomes geïdentificeerd en proberen te decoderen, een combinatie die de het richten capaciteit van circRNAs verder zou kunnen verbeteren. Exosomes zijn extracellulaire blaasjes waarvan de belangrijkste functie diverse celinhoud, chemische producten evenals factoren moet vervoeren, waarbij cel-aan-celinteractie en reactie wordt toegestaan . Als zodanig zijn een aanzienlijk aantal cellulaire veranderingen en weefselrespons een gevolg van de vraag of het overeenkomstige blaasje met dezelfde compatibiliteit met succes zijn bestemming en illegale reacties of getransporteerde factoren heeft bereikt . Het verkrijgen van een begrip van exosome mechanisme kan helpen bij het afleiden van mediations op tumormicromilieu en intercellulair netwerken, daarom vonken grote belangstelling in exosome circRNA onlangs in het licht van de mogelijkheid van versterkte doeltreffendheid en het richten capaciteit op kwaadaardige of slecht werkende cellen.

de oorsprong van circRNAs hangt uiteindelijk af van overeenkomstige miRNA-spiegels in hun donorcellen, die zowel immuun als niet-immuun van aard kunnen zijn. Exosome RNAs kan schade aan DNA minimaliseren door de celcyclus te versnellen, zoals in een recent geval van de overexpressie van miR-217 wordt getoond, resulterend in de vermindering van clclin-D1 en EZH2 uitdrukkingen. Dit gedrag zou verband houden met gedereguleerde proliferatie in de vormingen van neoplasmia . Bovendien hebben vele experimentele resultaten de directe relatie tussen exosomes en neoplastic transformatie, evenals het mechanistische effect van circRNA op tumormicromilieu gesloten . Het nemen van alvleesklier ductal adenocarcinoma (PDAC) bijvoorbeeld, is het geassocieerd de abnormale hoge uitdrukking van exosome circ-PED8A ; exosome circNRIP1 bevordert metastatis in maagkanker (GC) door Mir-149-5p, in een andere studie te sponsen. Misschien wel het belangrijkst is de rol exosome circPTGR1 op de ontwikkeling van Hepatocellular Carcinoma (HCC) heeft , waarbij upregulating exosome circRNA tumorinvasie bevorderde. Wegens deze hoogst-correlational bevindingen, wordt exosome circRNAs voorgesteld als kenmerkende indicatoren voor hun overeenkomstige kwaadaardige die tumors worden gebaseerd op hoe respondent zij in veranderend uitdrukkingsniveau en hun uitstekende stabiliteit zijn, gekoppeld aan zijn aangeboren gericht leveringsmechanisme . Vanaf heden, is meer dan 1000 circRNAs geà dentificeerd in exosomes door het menselijke lichaam, met meer onderzoek dat bij het ontdekken van extra exosome-circRNA-kankercombinaties wordt uitgevoerd.

CircRNA challenges and prospects

ondanks het feit dat gelijktijdig met de opkomst van circRNA populariteit steeds meer onderzoek is verricht, blijft de biologische functie van de meeste circrna ‘ s nog steeds een mysterie. Bijvoorbeeld, wordt opgemerkt dat de meerderheid van circRNAs patrouilleert in het cytoplasma, maar zij afkomstig zijn uit de kern van de cel, zodat wordt de vraag gesteld hoe zij door de uiterst kleine nucleaire porie passen. Voorts moet het feit dat veel van de circularised exons (85%) met eiwit-coderende opeenvolgingen overlappen maar de meerderheid van circRNAs niet voor proteã nen coderen worden onderzocht. Op een meer klinische opmerking, ze vereisen verdere tests om de traditionele diagnostische procedures volledig te kunnen vervangen. Zorgen zoals trauma-veroorzakende geduldige weefselextractie en dure circRNA opsporing in weefsel moeten naast het verkrijgen van een volledig uitvoerig begrip betreffende hun secundaire structuren en verschillende rollen onder elkaar worden aangepakt. Het niet goed beheren van geschikte circRNA-biomarkers bij patiënten kan klinische resultaten verdoezelen die moeten worden overwonnen door het verkrijgen van een beter beeld van de generatie, lokalisatie en degradatie van voorgestelde circRNAs.

niettemin zijn circRNAs nog steeds aantrekkelijke opties voor de ontwikkeling van een reeks biologische therapeutische hulpmiddelen. Er zijn reeds rapporten van zowel in vitro als in vivo RNA Bouw gebruikend groep I permuted Intron-exon (PIE) opeenvolgingen voor het complementaire richten van spliceosomal-backsplice-plaats flankerende opeenvolgingen, en dit mechanisme kan eventueel worden geëxtrapoleerd om om het even welke opeenvolging of proteã ne van bekende structuur te omvatten, als wij dat wensen. Als kanttekening, is er veel ruimte voor verbetering in het verbreden van de diversiteit van de kenmerkende mogelijkheden van circRNA. In één voorbeeld, wordt de huidige moleculaire analyse van bloed behouden bij het analyseren van cel-vrije fragmenten van genomic-DNA; Een groot toekomstig vooruitzicht zou zijn om de bemonstering van ziekte-specifieke extra-cellulaire blaasjes te overwegen om ziekte begin en progressie met meer detail te controleren. Deze ideeën leggen de basis voor verdere suggesties van selectieve eiwitverordening en geprogrammeerde cel signaleren. Zoals keer op keer getoond in lopende experimenten, heeft circRNAs vol vertrouwen hun sponsen en biomarking potentieel getoond, dat ons zou moeten aansporen in het ontsluiten van de geheimen van lang-verkeerd begrepen circRNAs.