分子细胞卓越中心揭示环形RNA在神经发育过程中转运与功能调控新机制

　　  近日，《分子细胞》（Molecular Cell）在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心陈玲玲研究组关于环形RNA转运与功能研究的最新进展。该研究发现一类腺苷酸富集【Adenosine-rich，(A)-rich】的环形RNA在人源胚胎干细胞H9的细胞核中滞留，并随着定向分化为前脑神经元的过程出核。该工作解析了这一环形RNA转运调控的分子机理，揭示其动态定位参与调控H9细胞中的蛋白质翻译和神经元的突触生长，并将环形RNA出核调控与功能作用相偶联。

　　  环形RNA是一类共价闭合的单链RNA分子，主要由mRNA前体的外显子反向剪接而成。近年来的研究发现，环形RNA普遍表达，并具有区别于线性mRNA的生成加工、转运代谢及功能发挥途径与调控规律。环形RNA在细胞核内产生且大部分被转运定位于细胞浆中。有研究发现，多个参与mRNP和蛋白质出核的因子可能参与环形RNA出核。而环形RNA出核在不同的生物学过程中是否受到调控，不同环形RNA的动态转运过程如何与功能偶联仍是环形RNA领域中的重要问题。

　　  在哺乳动物大脑神经发育过程中，环形RNA在神经细胞中累积并发挥重要功能。那么，环形RNA在神经分化过程中具有怎样的亚细胞定位？出核过程受到怎样的调控？这一过程是否参与神经分化和功能？为了回答这些问题，研究人员通过分离人源胚胎干细胞H9和体外定向分化的前脑神经元的细胞核与细胞质RNA，结合高通量测序分析，发现约300个(A)-rich的环形RNA在H9细胞核中滞留并随着神经分化的过程出核。对多个环形RNA中富含(A)的基序进行添加或删减，可以实现对环形RNA的亚细胞定位的操控。机制研究发现，poly(A)结合蛋白PABPC1参与这类(A)-rich环形RNA的转运调控。PABPC1是核质穿梭蛋白。过往研究显示，PABPC1在调控mRNA的加工转运、稳定性维持和翻译过程中发挥关键功能。研究发现，H9细胞核中的PABPC1能够结合这些(A)-rich的环形RNA，形成的复合物被核篮蛋白TPR捕获而被滞留于核中。此前TPR被认为可以参与抑制剪接异常的线性RNA出核，从而对线性RNA出核进行质控。研究表明，TPR在环形RNA出核调控中具有重要功能。在神经分化过程中，细胞核内PABPC1的表达水平下降，不再能够被TPR有效捕获，从而不再抑制(A)-rich环形RNA出核。

　　  PABPC1参与调控的(A)-rich环形RNA亚细胞定位具有生理学意义。研究发现，递送(A)-rich环形RNA到H9细胞浆中，可以抑制mRNA翻译。这提示H9胞浆中过量的(A)-rich环形RNA可能与mRNA竞争性结合PABPC1并抑制翻译，(A)-rich环形RNA在干细胞中核滞留现象利于干细胞增殖所需要的高效的蛋白翻译。研究发现，针对在神经分化过程中出核的(A)-rich环形RNA circRTN4(2,3)，该环形RNA参与神经元突触的生长调控，提示出核的(A)-rich环形RNA对于神经发育具有重要意义。进一步，研究发现，mRNP出核因子NXF1参与环形RNA的出核调控。尽管辅因子NXT1在mRNA出核过程中发挥重要作用，但不调控环形RNA出核，提示环形RNA与线性RNA出核机制存在差异。

　　  该研究揭示了(A)-rich序列依赖性的环形RNA出核调控机制。该类环形RNA的亚细胞定位与其在细胞中的功能高度偶联，这丰富了科学家对环形RNA出核调控与功能作用机制的认知。

　　  研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部、中国科学院和上海市科学技术委员会的资助，并获得分子细胞卓越中心分子生物学技术平台和细胞分析技术平台的技术支持。

　　环形RNA出核调控与功能偶联调控新机制

　　  研究发现，PABPC1和TPR在H9细胞中抑制富含腺苷的环形RNA出核，而在神经分化过程中出核抑制被解除，且这一出核过程伴有重要的细胞功能。插图中，坐在龙舟上的粽子代表装有PABPC1的腺苷富集环形RNA。它们想要过河却被山神阻止，体现了TRP在核孔处的出核监视机制。