3月10日，中科院-馬普計算生物學(xué)研究所王澤峰研究員在Cell Research在線發(fā)表了題為“Extensive translation of circular RNAs driven by N6-methyladenosine”的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)了大量的環(huán)形RNA可作為信使RNA來編碼蛋白，這些環(huán)形信使RNA通過一種常見的RNA甲基化修飾m6A，來驅(qū)動非帽依賴性的翻譯機制來合成蛋白質(zhì)。該研究進一步拓展了環(huán)裝RNA的功能，對蛋白質(zhì)的來源的多樣性有新的認識，具有十分重要的理論意義。
環(huán)狀RNA在某些病毒中普遍存在，然而近年才在真核生物中發(fā)現(xiàn)大量這種非主流RNA。人類的環(huán)狀RNA主要是由外顯子的反向剪接產(chǎn)生的，但關(guān)于其生物功能尚無定論。先前研究顯示，環(huán)狀RNA是一種非編碼RNA，可以如同海綿一樣吸附miRNA或RNA結(jié)合蛋白，從而起到調(diào)控基因表達的作用。
人的細胞中所有的已知mRNA都含有5’端帽結(jié)構(gòu)，這一帽結(jié)構(gòu)是大部分mRNA翻譯所必需的。然而在一些特殊情況如細胞應(yīng)激條件下，有些 mRNA可以不依賴于帽結(jié)構(gòu)而靠一個叫IRSE的順式調(diào)控原件來從mRNA的中間啟動翻譯。這種IRES驅(qū)動的蛋白翻譯在RNA病毒中很常見，但只在一小部分的真核細胞mRNA中發(fā)現(xiàn)。在王澤峰組的前期工作中，他們發(fā)現(xiàn)插有IRES的編碼GFP的環(huán)狀RNA可以在細胞中被翻譯。而新的工作中，他們發(fā)現(xiàn)環(huán)狀RNA中富含m6A甲基化修飾，而且這些堿基修飾可以像IRES一樣驅(qū)動環(huán)狀RNA翻譯。王澤峰研究員認為，“這兩個發(fā)現(xiàn)放在一起，就可推斷出有大量的環(huán)狀RNA被翻譯成蛋白質(zhì)這一令人驚訝的結(jié)論，說明人的細胞中存在有大量的環(huán)狀RNA編碼的未知蛋白?！?這是一個有很令人興奮的結(jié)論，說明人類蛋白質(zhì)的多樣性遠比從前想的大。
本文作者們進一步研究了環(huán)形RNA的翻譯機制，發(fā)現(xiàn)了m6A識別蛋白YTHDF3能夠結(jié)合到環(huán)狀RNA的修飾位點并募集eIF4G2和其他翻譯起始因子來驅(qū)動環(huán)狀RNA的翻譯。同時，他們通過多核糖體分析和RNA測序發(fā)現(xiàn)大量的環(huán)狀RNA與多核糖體結(jié)合在一起。在此基礎(chǔ)上，利用質(zhì)譜分析的方法鑒定了一些由環(huán)狀RNA反向剪接接口編碼的新肽段。
盡管不排除很多環(huán)狀RNA仍可能是非編碼RNA，但新結(jié)果證明其中一大部分可以像信使RNA一樣翻譯成蛋白?！斑@一發(fā)現(xiàn)模糊了編碼和非編碼RNA的界定。” 王澤峰研究員認為，“信使RNA不見得一定需要是線性的，環(huán)狀RNA顯然是一類新的信使RNA?！?/p>
新文章尚未解答的重要問題是這些環(huán)狀RNA編碼的蛋白功能是什么，但他們提出了一些有趣的可能性。正常情況下， 真核細胞中蛋白質(zhì)合成的主要方式是通過5’端帽依賴性翻譯，但在應(yīng)激環(huán)境下或一些癌癥中，5’端帽依賴性翻譯會被抑制而非帽依賴性翻譯將會取代。因為環(huán)狀RNA沒有5’端帽結(jié)構(gòu)，所以所有的環(huán)狀RNA翻譯都是通過非5’端帽依賴性翻譯進行的。因而環(huán)狀RNA可能通過產(chǎn)生刺激誘導(dǎo)蛋白在細胞應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。根據(jù)類似推理，環(huán)狀RNA編碼的蛋白可能在癌癥發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。
此項研究和之前的研究都表明m6A可以像IRES一樣啟動翻譯，而在信使RNA中存在大量的m6A修飾。因此王澤峰研究員相信：“類似于一個基因可以通過可變剪接產(chǎn)生多個信使RNA異構(gòu)體一樣，一個信使RNA可能通過非帽依賴性翻譯產(chǎn)生多種蛋白質(zhì)。”
參與此項工作合作者包括來自浙江大學(xué)、中科院上海生化與細胞所、華東理工大學(xué)和大連醫(yī)科大學(xué)的科學(xué)家。（科技處）
圖示：m6A招募YTHDF3促進環(huán)裝RNA編碼蛋白的作用模式圖
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