环状RNA（circRNA）是一类特殊的非编码RNA分子（在活体中有时也有表达），也是RNA领域最新的研究热点。
与传统的线性RNA（linear RNA，含5’和3’末端）不同，circRNA分子呈封闭环状结构，不受RNA外切酶影响，表达更稳定，不易降解。在功能上，近年的研究表明，circRNA分子富含microRNA（miRNA）结合位点，在细胞中起到miRNA海绵（ miRNA sponge）的作用，进而解除miRNA对其靶基因的抑制作用，升高靶基因的表达水平；这一作用机制被称为竞争性内源RNA（ceRNA）机制。通过与疾病关联的miRNA相互作用， circRNA在疾病中发挥着重要的调控作用。
基本介绍
- 中文名：环状核糖核酸
- 外文名：circRNA
- 构成：磷酸，核糖和硷基
- 硷基：A、G、C、U
- 原则：硷基互补配对原则
发现
在经典的基因表达模型（中心法则）中，由基因组所编码的基因脚本以RNA分子的形式表达于每一个细胞中，每一个RNA分子由线性的化学"硷基"串联组成。现在是该对基因表达的传统认知进行修订的时候了，科学家们在装满古怪RNA的匣子中看到最新的玩意：天然生成的环状RNA分子影响了基因表达。
随着测序技术的进步，使得生物学家们累积了大量的RNA序列数据集，其中一些来自无尾巴的RNA。2012年，史丹福大学和霍华德休斯医学研究所的科学家们发表在《Plos One》的一项研究首次证实在人体细胞的基因表达程式中，环形RNA分子而非线性RNA分子是一个更普遍的特徵。
检测与研究
环形RNA转录早在上世纪90年代就被发现了，但是限于当时的技术和知识水平，科研工作者并不能对其进行充分而详实的研究。最近发表在《自然·生物技术》上面的文章为我们提供了一个全新的对环形RNA进行研究的方法与认识。最近的研究已经显示，在哺乳动物细胞中存在多种环形DNA，起作用多为对miRNA行使功能进行调控。儘管，目前只有少部分的环形DNA被发现，其中的大部分还是由于RNA的错误剪接产生的，但是，通过这个新方法可以更有效的细胞内的环形DNA进行捕获与检测。同时由于环形RNA在生物体内的重要作用，因此，在可期的未来，环形RNA的研究将会变得非常重要。
影响基因表达
同时发表在《自然》（Nature）杂誌上的这两项研究，揭示出一些环状RNA充当分子“海绵”，结合併封闭了称作microRNAs的微小基因调控子。此外，研究人员推测环状RNA还具有许多其他的功能。研究人员风趣地表示，这些分子构成了一个“隐秘而未知的RNA平行宇宙”。
这一重要发现再次提醒人们：RNA并不仅仅是DNA与编码蛋白之间的一个平凡信使。在过去的20年里，研究人员发现了大量的非常规RNA。一些长度意想不到的短，一些则长到令人感到惊讶，而另一些则颠覆常规具有阻止其他RNA链翻译形成蛋白质的功能。
在此之前，环状RNA一直"飞行于雷达之下"，因为从细胞内分离RNA的传统方法无意中丢弃了这些环状的分子。而实际上，线性RNA的优势有可能一直是假象。经典的RNA测序方法只能分离具有特徵性分子“尾巴“的那些分子。环状RNA的末端连线在一起，缺乏这些尾巴，因此被普遍忽略掉。环状RNA比之前预想的更为丰富同时可能比之前所想的更为重要。
研究进展
农科院破译环状RNA调控猪产肉性状分子机制
近日，中国农业科学院北京畜牧兽医研究所“猪基因工程与种质创新团队”和农业基因组研究所“猪基因组设计育种创新团队”合作，历时3年，开发出环状RNA研究平台，绘製猪环状RNA时空图谱，破译环状RNA对猪产肉性状形成调控机制，并构建首个农业动物的环状RNA资料库。该成果最近发表在国际基因组领域知名刊物《DNA research》。唐中林研究员为该文共同通讯作者，梁国明博士后为第一作者。
研究者从猪脂肪、心肌和肝等9种不同组织以及三个发育阶段的骨骼肌中，系统鉴定5934个环状RNA，分子特徵分析表明猪环状RNA表达具有高度的时空特异性，与小鼠和人等物种具有较强的保守性；30%以上的环状RNA作为miRNA的sponges对基因表达发挥重要调控作用；发现数百条骨骼肌中特异性丰富表达以及产肉性状相关环状RNA分子。进一步的功能分析表明：在出生后0-30天，circRNA主要调控骨骼肌的生长发育和肌纤维类型转换；30-240天时，circRNA主要调控骨骼肌糖代谢和钙离子信号。最后，研究人员构建了circRNA-miRNA-mRNA多维调控网路和环状RNA资料库。据悉，这是农业动物首张环状RNA的时空图谱和首个资料库。
环状RNA与大脑功能存在关联
儘管上百种环状RNA（circular RNA, circRNA）在哺乳动物大脑中大量存在，但是一个重要的问题仍未解决：它们实际上发挥着什幺作用？在一项新的研究中，来自德国马克斯-德尔布吕克分子医学中心的Nikolaus Rajewsky和他的团队首次将一种circRNA与大脑功能关联在一起。相关研究结果于2017年8月10日线上发表在Science期刊上，论文标题为“Loss of a mammalian circular RNA locus causes miRNA deregulation and affects brain function”。
Rajewsky团队提出circRNA至少有时发挥着基因调节的作用。作为一种较大的单链环状RNA，Cdr1as有大约1500个核苷酸，可能发挥着像海绵那样吸收微RNA（microRNA, miRNA）的作用。比如，它为一种被称作miR-7的microRNA提供70多个结合位点。microRNA是较短的RNA分子，通常结合到信使RNA（mRNA）的互补序列上，因而控制着细胞产生的特定蛋白数量。
在当前的这项研究中，Rajewsky团队与马克斯-德尔布吕克分子医学中心的Carmen Birchmeier实验室合作重新研究了Cdr1as。论文共同第一作者Monika Piwecka说，“这种特定的circRNA能够在兴奋性神经元中但不在神经胶质细胞中发现。在小鼠和人类的大脑组织中，存在两种结合到它上的microRNA：miR-7和miR-671。”
接下来，Rajewsky和他的合作者们利用基因组编辑技术CRISPR/Cas9选择性地剔除小鼠中的一种环状RNA，即Cdr1as。在这些小鼠中，大多数microRNA的表达在4个研究的大脑区域中未被干扰。然而，miR-7下调錶达，miR-671上调錶达。这些变化是转录后发生的，这就与Cdr1as通常与细胞质中的这些microRNA相互作用的观点相一致。
