上海生化所陳玲玲研究組合作發現NF90/NF110對環形RNA表達調控和功能作用的新機制

6月15日，國際著名學術期刊Molecular Cell在線發表了中國科學院生物化學與細胞生物學研究所陳玲玲研究組和中國科學院－馬普計算生物學研究所楊力研究組關於環形RNA（circRNA）研究的最新進展：「Coordinated circRNA biogenesis and function with NF90/NF110 in viral infection」。該研究通過全基因組篩選發現了一系列與環形RNA生成加工等密切相關的反式作用蛋白因子，包括與抗病毒免疫相關的NF90和NF110等，揭示其通過結合兩側內含子配對序列進而促進環形RNA產生的機制，並闡明環形RNA通過與NF90/NF110的競爭性結合在抗病毒免疫過程中發揮重要功能作用。

研究組系統揭示了順式元件－內含子互補配對序列對環形RNA表達的關鍵作用（Zhang et al., Cell 2014; Zhang et al., Cell Rep 2016）；表明不同順式內含子互補配對序列的競爭性配對可以導致環形RNA的可變反向，進而從一個基因位點產生多個環形RNA分子（Zhang et al., Genome Res 2016）；通過系統衡量不同物種中順式作用元件對環形RNA生成的作用，闡明了人基因組中所蘊含的大量Alu序列是環形RNA在人中高表達的主要原因之一（Dong et al., RNA Biol 2017）。儘管已有的這些研究在多個水平系統揭示了順式內含子互補配對序列對環形RNA生成的關鍵調控作用，但是雖然具有相同的基因組序列，同一位點的環形RNA表達在不同的組織/細胞中存在著非常大的差異，這表明還存在反式因子水平的調控作用。同時，雖然已有一些特殊環形RNA的功能被逐漸揭示出來，對大部分環形RNA在細胞中的重要功能研究還缺乏系統的研究，我們認為與環形RNA結合的蛋白因子可能與環形RNA的重要生物學功能密切相關。

在這項最新的研究中，科研人員通過全基因組篩選發現了一系列與環形RNA生成加工等密切相關的反式作用蛋白因子，包括與抗病毒免疫相關的NF90和NF110等，敲低NF90/NF110均可以顯著降低內源環形RNA的表達，其主要通過結合環化外顯子兩側的內含子配對序列進而促進環形RNA的加工。更為重要的是，NF90/NF110也和成熟的環形RNA直接結合形成circRNP，並在抗病毒過程中發揮重要的免疫功能。當病毒感染時，NF90/NF110出核並導致環形RNA表達降低；同時，NF90/NF110更多地從circRNP中被釋放出來結合到病毒mRNA上，發揮抗病毒的作用（如圖所示）。研究還發現，無論是內源存在的環形RNA、還是人為構建的環形RNA都具有這種結合NF90/NF110發揮功能的潛力，這表明環形RNA參與抗病毒免疫反應的普遍性。

全基因組篩選以及NF90/NF110對circRNA表達和病毒免疫功能的調控機制

該項研究在陳玲玲研究員和楊力研究員的共同指導下，由生化與細胞所博士研究生李響、劉楚霄和計算生物學所研究助理薛尉共同完成。該研究得到生化與細胞所分子生物學技術平台、細胞分析技術平台和化學生物學技術平台的大力支持，並得到自科技部、基金委和中科院的經費支持。

Highlights

Genome-wide siRNA screening identifies immune factors involved in circRNA formation.

NF90/NF110 promote back-splicing in the nucleus and also are components of circRNPs.

Nuclear export of NF90/NF110 upon viral infection leads to reduced circRNA levels.

NF90/NF110 released from circRNPs bind to viral mRNAs for antiviral immune response.

Summary

Circular RNAs (circRNAs) generated via back-splicing are enhanced by flanking complementary sequences. Expression levels of circRNAs vary under different conditions, suggesting participation of protein factors in their biogenesis. Using genome-wide siRNA screening that targets all human unique genes and an efficient circRNA expression reporter, we identify double-stranded RNA-binding domain containing immune factors NF90/NF110 as key regulators in circRNA biogenesis. NF90/NF110 promote circRNA production in the nucleus by associating with intronic RNA pairs juxtaposing the circRNA-forming exon(s); they also interact with mature circRNAs in the cytoplasm. Upon viral infection, circRNA expression is decreased, in part owing to the nuclear export of NF90/NF110 to the cytoplasm. Meanwhile, NF90/NF110 released from circRNP complexes bind to viral mRNAs as part of their functions in antiviral immune response. Our results therefore implicate a coordinated regulation of circRNA biogenesis and function by NF90/NF110 in viral infection.

DOI:http://dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2017.05.023

本文來源：中科院上海生化所

本期編輯：Bioclock

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