圖示：m6A 招募 YTHDF3 促進(jìn)環(huán)裝 RNA 編碼蛋白的作用模式圖

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3 月 10，中科院 - 馬普計算生物學(xué)研究所王澤峰研究員在 Cell Research 在線發(fā)表了題為“Extensive translation of circular RNAs driven by N6-methyladenosine”的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)了大量的環(huán)形 RNA 可作為信使 RNA 來編碼蛋白，這些環(huán)形信使 RNA 通過一種常見的 RNA 甲基化修飾 m6A，來驅(qū)動非帽依賴性的翻譯機制來合成蛋白質(zhì)。該研究進(jìn)一步拓展了環(huán)裝 RNA 的功能，對蛋白質(zhì)的來源的多樣性有新的認(rèn)識，具有十分重要的理論意義。

環(huán)狀 RNA 在某些病毒中普遍存在，然而近年才在真核生物中發(fā)現(xiàn)大量這種非主流 RNA。人類的環(huán)狀 RNA 主要是由外顯子的反向剪接產(chǎn)生的，但關(guān)于其生物功能尚無定論。先前研究顯示，環(huán)狀 RNA 是一種非編碼 RNA，可以如同海綿一樣吸附 miRNA 或 RNA 結(jié)合蛋白，從而起到調(diào)控基因表達(dá)的作用。

人的細(xì)胞中所有的已知 mRNA 都含有 5’端帽結(jié)構(gòu)，這一帽結(jié)構(gòu)是大部分 mRNA 翻譯所必需的。然而在一些特殊情況如細(xì)胞應(yīng)激條件下，有些 mRNA 可以不依賴于帽結(jié)構(gòu)而靠一個叫 IRSE 的順式調(diào)控原件來從 mRNA 的中間啟動翻譯。這種 IRES 驅(qū)動的蛋白翻譯在 RNA 病毒中很常見，但只在一小部分的真核細(xì)胞 mRNA 中發(fā)現(xiàn)。在王澤峰組的前期工作中，他們發(fā)現(xiàn)插有 IRES 的編碼 GFP 的環(huán)狀 RNA 可以在細(xì)胞中被翻譯。而新的工作中，他們發(fā)現(xiàn)環(huán)狀 RNA 中富含 m6A 甲基化修飾，而且這些堿基修飾可以像 IRES 一樣驅(qū)動環(huán)狀 RNA 翻譯。王澤峰研究員認(rèn)為，“這兩個發(fā)現(xiàn)放在一起，就可推斷出有大量的環(huán)狀 RNA 被翻譯成蛋白質(zhì)這一令人驚訝的結(jié)論，說明人的細(xì)胞中存在有大量的環(huán)狀 RNA 編碼的未知蛋白。” 這是一個有很令人興奮的結(jié)論，說明人類蛋白質(zhì)的多樣性遠(yuǎn)比從前想的大。

本文作者們進(jìn)一步研究了環(huán)形 RNA 的翻譯機制，發(fā)現(xiàn)了 m6A 識別蛋白 YTHDF3 能夠結(jié)合到環(huán)狀 RNA 的修飾位點并募集 eIF4G2 和其他翻譯起始因子來驅(qū)動環(huán)狀 RNA 的翻譯。同時，他們通過多核糖體分析和 RNA 測序發(fā)現(xiàn)大量的環(huán)狀 RNA 與多核糖體結(jié)合在一起。在此基礎(chǔ)上，利用質(zhì)譜分析的方法鑒定了一些由環(huán)狀 RNA 反向剪接接口編碼的新肽段。

盡管不排除很多環(huán)狀 RNA 仍可能是非編碼 RNA，但新結(jié)果證明其中一大部分可以像信使 RNA 一樣翻譯成蛋白。“這一發(fā)現(xiàn)模糊了編碼和非編碼 RNA 的界定。” 王澤峰研究員認(rèn)為，“信使 RNA 不見得一定需要是線性的，環(huán)狀 RNA 顯然是一類新的信使 RNA。”

新文章尚未解答的重要問題是這些環(huán)狀 RNA 編碼的蛋白功能是什么，但他們提出了一些有趣的可能性。正常情況下， 真核細(xì)胞中蛋白質(zhì)合成的主要方式是通過 5’端帽依賴性翻譯，但在應(yīng)激環(huán)境下或一些癌癥中，5’端帽依賴性翻譯會被抑制而非帽依賴性翻譯將會取代。因為環(huán)狀 RNA 沒有 5’端帽結(jié)構(gòu)，所以所有的環(huán)狀 RNA 翻譯都是通過非 5’端帽依賴性翻譯進(jìn)行的。因而環(huán)狀 RNA 可能通過產(chǎn)生刺激誘導(dǎo)蛋白在細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。根據(jù)類似推理，環(huán)狀 RNA 編碼的蛋白可能在癌癥發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。

此項研究和之前的研究都表明 m6A 可以像 IRES 一樣啟動翻譯，而在信使 RNA 中存在大量的 m6A 修飾。因此王澤峰研究員相信：“類似于一個基因可以通過可變剪接產(chǎn)生多個信使 RNA 異構(gòu)體一樣，一個信使 RNA 可能通過非帽依賴性翻譯產(chǎn)生多種蛋白質(zhì)。”