作者:甘晓,李贺 来源:中国科学报 发布时间:2024/1/30 10:45:27
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环形RNA:从“无名之辈”到“明日之星”

 

动植物体内存在种类繁多的环形核糖核酸(circular RNA),其中以反向剪接产生的环形RNA含量最为丰富,因其具有独特的闭环结构,近期引发全世界科学家的关注。

在国家自然科学基金重大研究计划“基因信息传递过程中非编码RNA的调控作用机制”支持下,中国科学院分子细胞科学卓越创新中心的科研团队对多种环形RNA的生成代谢及生物学功能进行了深入探究。

这些工作通过系统阐明环形RNA加工、折叠和降解特性,将环形RNA的生成与作用机制耦联,揭示了其全新功能,并探索了与自身免疫疾病的关联。

一系列研究成果不仅达到了国际领先水平,还助力环形RNA从“无名之辈”成为医疗技术领域的“明日之星”。环形RNA的结构使它们在细胞内更加稳定,不易被核酸酶降解,在未来医疗技术发展中展现出巨大应用潜力。

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环形RNA结合PKR并抑制其活性(研究团队供图)

科研团队首先创建了多种先进的工具和技术用于研究环形RNA的生物学功能,包括环形RNA开源工具包CIRCexplorer和功能性环形RNA筛选新体系CRISPR-RfxCas13d系统。这些技术的开发极大拓展了研究人员对环形RNA多样环化模式和生物学功能的认识。

为揭示环形RNA的生成规律,科研团队通过创建“新生环形RNA捕获体系”,发现环形RNA生成缓慢,但可以稳定累积,且部分环形RNA达到较高表达水平。其中,一种被称为RNaseH1的酶能够分解某些环形RNA,这些特定的RNA形成了“R-loops”。这一结构如同细胞内的“小结”,不仅稳定了环形RNA本身,还能够促进其“母本”基因的转录,促使更多的RNA被生产出来。

在重大研究计划支持下,科研人员首次揭示环形RNA的生成在天然免疫中受限,为环形RNA如何参与天然免疫调控的研究开辟了新方向。基于这一认识,科研团队围绕环形RNA在天然免疫中的功能开展了一系列原创性研究。其中,包括创建环形RNA折叠研究新体系,揭示其具有特殊结构,抑制天然免疫因子PKR等活化;揭示其在病毒感染中快速降解释放PKR参与免疫调控;首次提出环形RNA适配体,有望用于治疗PKR过度激活引起的炎症性疾病,如牛皮癣、阿尔茨海默病等。

这些系统工作填补了环形RNA生成代谢和作用机制研究的空白,获得国际同行高度评价。国际专家认为,这些研究“出乎意料地揭示了环形RNA与天然免疫调控的关联”“令人信服地证明环形RNA抑制天然免疫”“提示环形RNA可作为治疗策略”等。相关成果获“上海市自然科学奖一等奖”,并实现专利转化。

总之,一系列关于环形RNA的科研进展不仅为学界带来了创新性理论认知,也为其潜在临床应用提供了重要技术指导。

 
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