Cell Res：反向剪接RNA成环与RNA转录的偶联机制

　4月19日，国际学术期刊Cell Reports 发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所陈玲玲研究组与计算生物学研究所杨力研究组最新合作研究论文。此工作深入研究了环形RNA生成与RNA转录的偶联机制，揭示了环形RNA在神经分化过程中表达上调原理。

环形RNA是一类通过反向剪接，即下游剪接位点反向与上游剪接位点连接所形成的闭合环状RNA分子。尽管大多数的环形RNA功能未知，但已有的研究显示其在基因表达调控中发挥重要功能，如作为 microRNA的分子海绵、调控pol II转录等。另外，研究提示环形RNA在生理过程中同样发挥重要功能，如在神经分化过程中，大量环形RNA分子表达水平升高，提示环形RNA有可能在此过程中发挥作用。介导环形RNA形成的反向剪接需要依赖于顺式调控元件（上下游内含子中的反向互补序列）及反式作用因子，通过与pre-mRNA顺序剪接竞争形成环形RNA分子。深入了解环形RNA的形成过程及其自身调控将为研究人员进一步了解环形RNA的功能提供帮助和奠定基础。

该工作利用和发展4sUDRB纯化新生转录本系统监测环形RNA生成与RNA聚合酶Ⅱ转录的动态偶联过程，首次证明细胞内反向剪接RNA成环与顺序剪接相比发生效率非常低；大多数RNA成环发生在转录后水平；能够发生RNA成环的基因较非成环的基因转录速度更快，提示外显子RNA成环效率与其所在基因的RNA聚合酶II转录速度相偶联。利用基因组编辑技术内源敲除顺式调控元件，发现即使加快基因转录速度仍无法诱导RNA成环，进一步表明环形RNA是细胞精细调控的产物。值得一提的是，此项工作还证明环形RNA闭合环状的特殊结构赋予其高稳定性的特点，使之成为一种半衰期极长的“不朽的环形RNA (immortal circRNA)”。因此尽管环形RNA在转录水平产生效率较低，但通过累积效应可以达到较高的表达水平。而这一研究结果也在理论水平解释了人源胚胎干细胞神经分化过程中环形RNA表达显著上调这一现象，即神经细胞极慢的分裂速度推进了环形RNA在神经细胞中的累积。这一以实验数据为基础的系统研究，丰富了人们对环形RNA的认识，阐释了环形RNA生成与RNA转录的关系，为进一步研究环形RNA的功能作用奠定了基础。

该工作在研究员陈玲玲和杨力共同指导下，主要由陈玲玲组博士研究生张杨和杨力组研究助理薛尉完成。该项研究得到了国家基金委、科技部、中科院的经费支持。

环形RNA在神经分化过程中表达水平上调原理。一方面源自神经细胞中基因转录较快，促进新生环形RNA的形成（上方）；另一方面源自环形RNA转录后累计（下方）。

原文摘要：

The Biogenesis of Nascent Circular RNAs

Steady-state circular RNAs (circRNAs) have been mapped to thousands of genomic loci in mammals. We studied circRNA processing using metabolic tagging of nascent RNAs with 4-thiouridine (4sU). Strikingly, the efficiency of circRNA processing from pre-mRNA is extremely low endogenously. Additional studies revealed that back-splicing outcomes correlate with fast RNA polymerase II elongation rate and are tightly controlled by cis-elements in vivo. Additionally, prolonged 4sU labeling in cells shows that circRNAs are largely processed post-transcriptionally and that circRNAs are stable. Circular RNAs that are abundant at a steady-state level tend to accumulate. This is particularly true in cells, such as neurons, that have slow division rates. This study uncovers features of circRNA biogenesis by investigating the link between nascent circRNA processing and transcription.