Circular de RNA: funções, aplicações e perspectivas

Introdução

Circular RNA (circRNA) foi descoberto no RNA vírus, viróides em meados dos anos 70, inicialmente, levantaram a hipótese de ser um endógena de RNA splicing erro . Graças ao avanço na análise computacional e técnicas de sequenciamento de RNA na mesma década, estas estruturas circulares incompreendidas foram finalmente reconhecidas corretamente e profundamente tanto na estrutura quanto na funcionalidade . Em seu núcleo, circRNA é um single stranded RNA, mas difere muito mais conhecido linear RNA, que, de forma contínua, fechada em si mesma pelo ligadas juntar seus 5′ e 3′ termina , portanto, apresentar algumas fascinantes propriedades que não são plenamente exploradas: complexo de proteína de andaimes, dos pais o gene de modulação, RNA-proteína medicamentosas e microRNA (miRNA) esponja, só para citar alguns . Considera-se agora que fornecem uma função reguladora essencial tanto para as plantas como para os animais . Um número crescente de grupos de estudo tem mostrado e verificado em certa medida o nível de eficácia e eficácia exibido em RNAs circulares que é tipicamente necessário em tratamentos médicos viáveis e outras aplicações biotecnológicas. Por exemplo, os casos de biomarcadores tradicionais que são largamente ultrapassados pelos substitutos de circRNA propostos estão a ser relatados com frequência. Apoiado pelo crescente apoio e evidências sobre as capacidades de divulgação das circRNAs, mais investigação e interesse devem ser trazidos como tal, não apenas a partir de uma compreensão biológica básica abrangente de suas estruturas e mecanismos, mas também em um nível sistemático de suas interações com moléculas e ambientes circundantes. Aplicávelmente falando, as cirrnas estão em par em termos de seu potencial e viabilidade para atingir o câncer e outras doenças malignas com outros tratamentos novos, tais como medicina personalizada e terapias de células estaminais.

características CircRNA

CircRNAs consistem geralmente em 1-5 exões e os intrões que flanqueiam os exões têm até 3 vezes o comprimento do seu homólogo linear. Uma análise mais aprofundada revelou a presença de muitas repetições complementares de inversor Alu nos segmentos intron, levando alguns a especular que este arranjo particular realmente facilita os locais de splice para localizar facilmente uns aos outros e promover a circularização. Uma vez que eles são estruturas de laço estreito, existem efetivamente estruturas finais de 5′ e 3′, tais como caudas de poli-A e capas de 5′ em cirrna, tornando-os imunes à clivagem de exonuclease . Empiricamente, eles duram 2,5 vezes mais do que seus homólogos lineares em células mamárias, como ilustrado em um estudo realizado por Enuka et al. . Devido a estas propriedades físicas, técnicas comuns de triagem laboratorial, como a degradação da RNase R – uma enzima que degrada exclusivamente o RNA linear-bem como testes de cauda Poli-A, podem selecionar estruturas próximas sobre formas lineares. Vários grupos de investigação nos últimos anos mudaram o seu foco na identificação de potenciais isoformas de circRNA, estruturas que são originalmente expressas a partir do mesmo ADN parental, mas são ligeiramente diferentes umas das outras na sua forma final madura devido à diferenciação na especificidade dos spliceossomas para reconhecer exões e intrões na cadeia pré-mRNA . Grupos notáveis incluem Salzman, Jeck, Memczak, Guo e Zhang . Como tal, a incrível diversidade de circRNAs explicou: 20.000 tipos diferentes foram identificados em eucariotas, até agora, um número que permanece até hoje em aberto .

CircRNA biogênese e classificação

A formação de circRNAs surgir a partir do posicionamento e do embaralhamento de exão e intron grupos, que são segmentos que são reservados e eliminado no final de pós-transcriptionally produto modificado, respectivamente . Normalmente um ARN mensageiro maduro é formado quando um complexo proteína-RNA chamado spliceosome catalisa a clivagem de segmentos de intrões em uma molécula precursora-mRNA, geralmente pelo reconhecimento de sequências específicas flanqueando o segmento intron em ambas as extremidades. Os segmentos exon fundem-se, enquanto os segmentos intrónicos são consequentemente retirados e degradados. Esta percepção convencional não leva em consideração o desvio e a diferença de potência em todos os locais de splice , alguns dos quais, como resultado, o spliceossoma pode ignorar e inevitavelmente levar à síntese de circRNA. Além disso, não deve ser ignorada a contribuição da disposição espacial do sítio de splice 5′ e 3′, Pois se o primeiro estiver posicionado a jusante do segundo, o spliceosome constrói favoravelmente uma estrutura circular covalentemente fechada sobre uma molécula linear exónica . Este mecanismo, comumente referido como “Exão Lutando” dá origem a diferentes tipos de circRNAs incluindo exónicas, intrônicos, exão-intrônicos e intergenic . Em casos específicos de câncer, a estrutura interna é ainda mais difícil de determinar devido à natureza expansiva e, portanto, invasiva de tumores malignos . Nós brevemente retratamos a biogênese e a funcionalidade de cirnas na Fig. 1.

Visão Geral da biogênese e funcionalidade do RNA Circular. Explicação e notas de rodapé: um ARN mensageiro em sua forma madura, no qual a interação entre ambos os exons e introns estão ausentes. circularização impulsionada por B Lariat. O exon a montante (exon 1) e o exon a jusante (exon 4) estão ligados covalentemente devido ao ARNm a ser aplicado. Isso facilita a produção de um lariat RNA ao lado de exons emparelhados que permanecem, que são Exons 2 e 3. c proteicas de ligação ao ARN e Circularizações de ligação Intron. Em ambos os casos, a montante e a jusante de íntrons (intron 1 e 3) são combinados para fornecer oportunidade para o imprensado Exões (éxons 2 e 3) para interagir, a única diferença é que com o primeiro caso, um externo EAD molécula junta-se a equação para facilitar activamente a reação, considerando que, com Intron-emparelhamento Impulsionado Circularisation, o grupo hidroxilo e o grupo fosfato do montante e a jusante de íntrons, respectivamente, par até de forma independente. a ecircRNA ou ElcircRNA é produzida independentemente da Via de circularização. Em alguns casos, os segmentos intrónicos residem no laço, dando assim origem a Elcrnas em oposição a ecirna, que contém segmentos puramente exônicos. e Funcionalidades de maduro circRNAs incluem miRNA esponja, atuando como um inibidor duplo para algumas reações químicas; a Proteína de Tradução é possível, embora muito rara, e a pesquisa está sendo realizada para entender como ele difere de RNA linear traduções; EAD-Complexo de Proteína de formações ajudar a regular e moderada caminhos e, indiretamente, o impacto da produção de outros circRNAs; de mRNA de Interações, sejam facilitadoras ou inibidoras

CircRNA função: microRNA esponjas

Devido à singularidade em estruturas de circRNA, eles não código de proteínas, como as formas lineares . Estudos têm mostrado, com evidências empíricas de suporte, que certas circRNAs atuam como esponjas de microRNA e efetivamente obstruem seu mecanismo. MicroRNAs são sequências de ARN de 21 nt longas e não codificantes que auxiliam na regulação pós-transcritional da expressão do gene, tipicamente se prendendo ao mRNAs e inibindo sua tradução em proteína através de uma forma competitiva ou não-competitiva. Eles são classificados em famílias por suas regiões de sementes, dependendo se eles compartilham a mesma sequência de nucleótidos das posições 2 a 7 . As circnas possuem a complementaridade para se contrapor às microRNAs, reconhecendo as regiões de sementes das miRNAs e desativando-as competitivamente. Duas circRNAs, em particular, respectivamente CDR1as e circSRY, são actualmente as luzes da ribalta para a investigação científica. Observa-se que CDR1as contém 70 locais de ligação conservados para miRNA-7, muito significativos do que qualquer outra esponja linear miRNA. Sua capacidade de esponja é confirmada por Memczak et al. , que utilizou o sequestro de moléculas CDR1as contra a expressão elevada de miR-7 em cérebros de peixes zebra para obter evidências de atividades inibitórias CDR1as contra o miRNA alvo através da monitorização dos desenvolvimentos subsequentes do mesencéfalo do peixe-zebra. O circuito, por outro lado, é testado em testículos murinos e seu ataque complementar na região de sementes miR-138 é notado . Como contém 16 pontos de ligação específicos, um número ainda impressionante entre todas as moléculas de esponja, a hipótese de funcionalização da esponja é confirmada .

função CircRNA: interacção com RBPs e tradução proteica

alguns encontraram circRNA para regular a transcrição e expressão genética através de outras vias. Eles podem interagir com o RNA, proteínas de ligação (RBPs), tais como circ-Foxo3 e, juntos, formam um complexo que afeta a célula de sobrevivência e proliferação interagindo com p21 e CDK2 ; alguns reforça a estabilidade do mRNA, formando duplex estruturas, como no caso de CDR1as. Em uma nota mais controversa, grupos como Legnini I. et al. and Pamudurti N. R. et al. descobriu que certas circRNAs podem traduzir proteínas, uma em mioblastos murinos e outra em cabeças de mosca . Tais notícias trazem novas hipóteses sobre as capacidades circRNA, convencionalmente consideradas não-codificantes . Desde a primeira descoberta de proteínas traduzido do vírus da hepatite-um single-stranded circRNA, alguns têm verificado a ativação de circRNA translacional capacidade através da inserção de um IRES (internal ribossoma, local de entrada) a montante do início dos códons . Muito mais é necessário fazer para compreender plenamente o mecanismo de translação exato dessas circnas, e por que elas funcionam enquanto a maioria das outras não.

potencial de Aplicação de CircRNA

numa nota mais prática, as circRNAs são biomarcadores viáveis para o diagnóstico e tratamento de doenças, uma vez que não podem ser facilmente degradadas por exonucleases devido à sua estrutura circular fechada. Em alguns casos, circRNAs foram encontrados para superam biomarcadores convencionais. Por exemplo, a regulação do circ-PVT1 nos tecidos do cancro gástrico (GC) aumenta a actividade de esponja do miR-125 e, subsequentemente, incentiva a proliferação de GC ; hsa_circ_0000190 também atraiu a atenção ao Operar Exatamente o caminho oposto-a regulamentação ocorre quando entra em contato com GC, e é testado para ser mais sensível e específico do que biomarcadores como CEA e CA 19-9 . Outro exemplo é o Carcinoma hepatocelular (HCC), onde o biomarcador presente no uso predominado é a alfa-fetoproteína (AFP). A AFP mostra uma sensibilidade fraca, em que 40% de todos os doentes com HCC testaram níveis normais de AFP. A forma construtiva de aumentar esta sensibilidade é através da combinação com outros Marcadores, o que não é uma solução eficaz. Alternativamente, Xingchen Shang et al. sugeriu a correlação entre circ_005075 e o tamanho do tumor, listando-o como um biomarcador prognóstico viável que é superior tanto em eficácia como potencial devido à sua estabilidade e especificidade. Isto sugere que o desenvolvimento e invasão de HCCs estão intimamente ligados às circRNAs, embora seu mecanismo completo ainda não esteja claro. No entanto, a lista de biomarcadores circRNA viáveis aplicável à investigação do cancro não se limita apenas a estas duas doenças. Resumimos os estudos disponíveis relativos às circnas envolvidas em várias doenças humanas que podem ser encontrados na Tabela 1.

Adicionais, estudos recentes têm identificado e está a tentar descodificar o enriquecimento e a estabilidade do circRNAs em exosomes, uma combinação que poderia aumentar a capacidade de segmentação de circRNAs. Os exossomas são vesículas extracelulares cuja principal função é o transporte de vários conteúdos celulares, químicos e fatores, permitindo assim a interação célula-a-célula e a resposta . Como tal, um número considerável de alterações celulares e resposta tecidular são uma consequência de sua vesícula correspondente da mesma compatibilidade ter alcançado com sucesso seu destino e Respostas ilicitadas ou fatores transportados . A obtenção de uma compreensão do mecanismo exossoma pode ajudar a derivar mediações em micro-ambientes tumorais e redes intercelulares, despertando grande interesse no cirrna exossoma recentemente à luz da possibilidade de eficácia reforçada e capacidade de direcionamento em células malignas ou com mau funcionamento.

a origem das cirnas depende, em última análise, dos níveis correspondentes de miRNA nas suas células dadoras, que podem ser de natureza imune e não imune. O Exosome RNAs pode minimizar os danos ao ADN acelerando o ciclo celular, como é demonstrado num caso recente de sobre-expressão do miR-217, resultando na redução das expressões clclin-D1 e EZH2. Pensa-se que este comportamento Está ligado à proliferação desregulamentada nas formações da neoplasia . No entanto, muitos resultados experimentais concluíram a relação direta entre exossomas e transformação neoplásica, bem como o efeito mecanístico da circRNA no microambiente tumoral . Tomando o adenocarcinoma ductal pancreático (PDAC) por exemplo, tem sido associada à expressão elevada anormal da circ-PED8A exossoma ; o circNRIP1 promove metástases no cancro gástrico (GC) por Esponja miR-149-5p, noutro estudo. Talvez o mais significativo seja o papel que o exossoma circPTGR1 tem no desenvolvimento do Carcinoma hepatocelular (HCC) , em que a regulamentação do exossoma circRNA encorajou a invasão do tumor. Devido a estes achados altamente correlacionais, as circRNAs exossomas são propostas como indicadores de diagnóstico para seus tumores malignos correspondentes, com base em como respondentes estão em níveis de expressão em mudança e sua excelente estabilidade, juntamente com o seu mecanismo de entrega específico inato . A partir de agora, mais de 1000 circRNAs foram identificadas em exossomas em todo o corpo humano, com mais pesquisas sendo realizadas sobre a descoberta de combinações extra exossoma-circRNA-câncer.

CircRNA desafios e perspectivas

apesar de pesquisas crescentes têm sido realizadas em paralelo com o aumento da popularidade circRNA, a função biológica da maioria das circRNAs ainda permanece um mistério. Por exemplo, observa-se que a maioria das circRNAs patrulham no citoplasma, mas elas se originam do núcleo da célula, de modo que a questão de como elas se encaixam através do minúsculo poro nuclear é levantada. Além disso, o facto de muitos dos exões circularizados (85%) se sobreporem às sequências de codificação de proteínas, mas a maioria das circRNAs não codificam as proteínas, continua por investigar. Em uma nota mais clínica, eles requerem testes adicionais para serem capazes de substituir completamente os procedimentos de diagnóstico tradicionais. Preocupações como a extração de tecidos de pacientes causadores de traumas e a dispendiosa detecção de circRNA nos tecidos continuam a ser abordadas, ao mesmo tempo que se obtém uma compreensão completa sobre as suas estruturas secundárias e diferentes papéis entre si. A incapacidade de administrar adequadamente biomarcadores circRNA adequados em doentes pode ofuscar os resultados clínicos que devem ser superados através da obtenção de uma melhor imagem da geração, localização e degradação das circRNAs propostas.

no entanto, as circRNAs ainda são opções atraentes para o desenvolvimento de uma gama de ferramentas terapêuticas biológicas. Existem já relatórios de construção de RNA in vitro e in vivo utilizando sequências de intron-exon permutadas do Grupo I (PIE) para a focalização complementar de sequências de flanco de spliceosomal-backsplice do local, e este mecanismo pode possivelmente ser extrapolado para incluir qualquer sequência ou proteína de estrutura conhecida, se assim o desejarmos. Como nota de lado, há muito espaço para melhoria na ampliação da diversidade das possibilidades diagnósticas de circRNA. Em um exemplo, a presente análise molecular do sangue é retida na análise de fragmentos sem células de DNA genômico; Uma grande perspectiva futura seria considerar a amostragem de vesículas extra-celulares específicas da doença para monitorar o início e progressão da doença com mais detalhes. Estas ideias lançam as bases para novas sugestões de regulação selectiva das proteínas e de sinalização celular programada. Como demonstrado vezes sem conta em experiências em curso, as circRNAs têm mostrado confiantemente o seu potencial de esponja e biomarcação, o que nos deve incitar a desvendar os segredos dos circRNAs mal-entendidos.