CircRNA在真核生物中高度富集，并且在不同發(fā)育階段期間顯示出在各種組織中特異性表達(dá)的升高序列保守性。CircRNA通過影響轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄水平的基因表達(dá)，可以作為miRNA內(nèi)源性吸附體，基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)調(diào)節(jié)劑，RBP吸附體和蛋白質(zhì)/肽翻譯模板。
圖1 circRNA的作用機制
01
circRNA作為miRNA的內(nèi)源性結(jié)合RNA
一些circRNA可能具有miRNA反應(yīng)元件（MRE）并且可以與miRNA相互作用，由于其高表達(dá)水平和穩(wěn)定性，circRNA可以作為競爭性內(nèi)源RNA（ceRNA）。
CircRNA在miRNA表達(dá)水平的調(diào)控中發(fā)揮重要作用：CircRNA通過與miRNA結(jié)合競爭來干擾miRNA的功能，從而阻止miRNA對靶編碼RNA的翻譯后抑制作用，進(jìn)而調(diào)控靶基因的表達(dá)水平。
研究表明，circRNA與miRNA結(jié)合的能力是其他已知轉(zhuǎn)錄本的10倍。最具代表性的小腦變性相關(guān)蛋白1轉(zhuǎn)錄物（CDR1as）的circRNA反義序列含有74個選擇性保守的miRNA靶位點，作為miR-7內(nèi)源性競爭結(jié)合RNA，已經(jīng)證實，circRNA CDR1 / ciRS-7的過表達(dá)增加了miRNA靶基因的表達(dá)，而敲減它具有相反的作用。
此外，CDR1as可首先與miR-7結(jié)合并將其轉(zhuǎn)運至特定位點，其中miR-671可使其降解并釋放miR-7。這種特性必然會影響ceRNA的功能，因為circRNAs結(jié)合和釋放多種miRNA可影響數(shù)百種轉(zhuǎn)錄物。
圖2 circRNA作為microRNA的內(nèi)源性競爭RNA
02
circRNA調(diào)控轉(zhuǎn)錄本可變剪接
circRNAs的產(chǎn)生幾乎肯定也在調(diào)控選擇性剪接中起作用，這種作用僅僅是由于任何前體RNA的剪接模式是由5'和3'剪接位點的替代配對之間的競爭決定的。
在這種情況下，一旦發(fā)生后突，它將去除內(nèi)部外顯子，并指示剩余的前鏈以另一種方式剪接，或可能被降解。以這種方式，circRNA的產(chǎn)生作為一種過程在調(diào)控選擇性剪接中起作用，盡管所得的circRNA可能不是功能性的。已經(jīng)提出了通過環(huán)化可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的機制。
例如，在小鼠中，formin（Fmn）基因?qū)τ谥w發(fā)育是必不可少的。外顯子circRNA通過包含F(xiàn)mn編碼序列上游的剪接受體的反拼接從Fmn轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生。敲除小鼠缺乏這種剪接受體沒有檢測到表達(dá)的外顯子circRNAs和正常的肢體發(fā)育，但具有不完全滲透性腎發(fā)育不全表型。
因此，不能從靶向的Fmn基因座產(chǎn)生外顯子的circRNA，似乎會導(dǎo)致formin蛋白的異常表達(dá)，盡管動物模型中缺失的5'UTR外顯子可能具有與環(huán)化無關(guān)的功能。外顯子circRNA的形成通過隔離翻譯起始位點而起到“mRNA陷阱”的作用，留下非編碼線性轉(zhuǎn)錄物，從而降低了formin蛋白的表達(dá)水平。
03
circRNA調(diào)控其親本基因的表達(dá)
越來越多的證據(jù)表明，circRNA在轉(zhuǎn)錄后和基因表達(dá)調(diào)控中起著舉足輕重的作用。結(jié)果表明，circIIF3J，circPAIP2等EIciRNA主要定位于核內(nèi)，與U1小核糖核蛋白顆粒（U1 snRNP）和RNA聚合酶II（Pol II）相互作用，增強其親本基因的轉(zhuǎn)錄。 此外，圓形內(nèi)含子RNA（ciRNA）ci-ankrd52與延伸PolII機制有關(guān)，并通過大量積累到其轉(zhuǎn)錄位點來正向調(diào)節(jié)Pol II轉(zhuǎn)錄。 敲除ci-ankrd52可以減少其親代基因的表達(dá)。
04
circRNA與RNA結(jié)合蛋白互作
RBPs通過轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)如RNA選擇性剪接，穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)運和翻譯參與多種生物活性，如細(xì)胞增殖，分化，運動性，凋亡，衰老和對氧化應(yīng)激的細(xì)胞應(yīng)答。
以前的研究表明，circRNA可以作為RBP海綿與Argonaute（AGO）蛋白，RNA QKI，MBL，Pol II，真核起始因子4A-III（EIF4A3）等形成穩(wěn)定的結(jié)合，形成大的RNA-蛋白復(fù)合物（RPC） 。這些RPCs可以調(diào)節(jié)RBPs或小RNA的庫，然后與襯管RNA相對應(yīng)。
此外，通過一種新的網(wǎng)絡(luò)工具CircInteractome通過分析人類circRNA上的RBP結(jié)合位點，發(fā)現(xiàn)給定RBP的circRNA的結(jié)合位點密度特別高。例如，hsa_circ_0024707作為具有85個預(yù)測位置的AGO2的海綿，而成熟的hsa_circ_0000020包含幾個RBP結(jié)合位點，如FMRP（10個位點）和HuR（6個位點）
外顯子circRNA也具有一些性質(zhì)，表明它們可能作為RBP的“支架”，通過結(jié)合多個RBP并通過環(huán)形RNA轉(zhuǎn)錄本的潛在增加的穩(wěn)定性促進(jìn)穩(wěn)定的相互作用。它們也可能具有作為序列靶向元件的作用，同時與RBP和與circRNA序列互補的RNA或DNA區(qū)域結(jié)合。
由于環(huán)化的限制，環(huán)狀RNA可以采用與相同序列的相關(guān)線性分子不同的三級結(jié)構(gòu)，或者可以通過在環(huán)狀RNA中結(jié)合在一起的序列產(chǎn)生新的蛋白結(jié)合位點;這些特征可能導(dǎo)致circRNA能夠結(jié)合不同組的蛋白質(zhì)而不是相關(guān)的線性RNA。
圖4 circRNA與RBP結(jié)合
05
circRNA能翻譯蛋白質(zhì)
一些circRNA可能被翻譯，因為包含內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點（IRES）允許翻譯工程化的circRNAs53。據(jù)推測，一個IRES和ATG的內(nèi)源性circRNA可以進(jìn)行翻譯。
已知至少一種天然存在的環(huán)狀RNA在哺乳動物細(xì)胞中編碼蛋白質(zhì)：肝炎δ劑3，乙型肝炎病毒的環(huán)狀RNA衛(wèi)星病毒。理論上，在所有3個候選閱讀框中都可以讀取外顯子circRNA，而不會遇到停止（即“M?bius蛋白質(zhì)”），但是我們還沒有鑒定出具有這種性質(zhì)的天然存在的外顯子circRNA。
考慮了在人成纖維細(xì)胞中產(chǎn)生的許多含ATG的外顯子環(huán)RNA的蛋白質(zhì)編碼潛力，但是迄今為止，我們還沒有能夠鑒別經(jīng)歷翻譯的自然發(fā)生的外顯子環(huán)RNA。例如，我們還沒有能夠找到經(jīng)歷翻譯（即與多核糖體結(jié)合）的外顯子circRNA，并且還沒有在質(zhì)譜數(shù)據(jù)中鑒定出只能作為外顯子circRNA翻譯結(jié)果出現(xiàn)的肽。
據(jù)報道，一些含有內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點元件（IRES）或原核核糖體結(jié)合位點的circRNA可以編碼不同于其典型對應(yīng)物的蛋白質(zhì)。有一個名為circRNADb的circRNA數(shù)據(jù)庫，含有32,914個人外顯子的circRNA，可以提供用戶預(yù)測某些circRNAs可譯性的circRNA的詳細(xì)信息，包括基因組序列，ORF和IRES。
Currently, Yang首等人首先報道了RNA最豐富的堿基修飾的N6-甲基腺苷（m6A）促進(jìn)了人細(xì)胞中circRNA的蛋白翻譯的有效啟動。他們發(fā)現(xiàn)共有的m6A基序富含circRNA，而一個單一的m6A位點足以驅(qū)動翻譯起始。
m6A驅(qū)動的翻譯起始于eIF4G2和m6A閱讀器YTHDF3，并且被甲基轉(zhuǎn)移酶METTL3/14增強，被去甲基化酶FTO抑制，并且在熱休克時上調(diào)。此外，m6A驅(qū)動的circRNA翻譯顯示出廣泛和數(shù)以百計的內(nèi)源性circRNA具有翻譯潛力，表明circRNA衍生蛋白在細(xì)胞對環(huán)境脅迫的反應(yīng)中起作用。
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