环状RNA（circRNA）独特的环状结构赋予其在细胞中的多种功能，尤其是在癌症和其他疾病中的潜在作用。然而，对于circRNA如何从细胞核输出到细胞质这一基本问题，科学界仍存在许多未知。
2024年2月14日，澳大利亚墨尔本大学的Vihandha Wickramasinghe实验室与阿德莱德大学的Gregory Goodall实验室合作在Nature在线发表了重磅论文“Nuclear export of circular RNA”。阐述了环状RNA的出核机制，为理解circRNA的生理功能及其在疾病中的潜在作用提供了新的视角，描述了一种可能有助于克服RNA疗法主要缺点的新途径，奠定了下一代RNA疗法的基础，或将带来更强效、更持久、潜在用途更广泛的环状RNA药物。
研究团队发现了在细胞核中产生的环状RNA是如何被主动运出细胞核，到达细胞质发挥作用的，了解这一途径是利用环状RNA达到治疗目的的重要一步。
该模型描述了依赖Ran-GTP转运环状RNA的核输出途径。这一途径需要Exportin-2作为输出受体，IGF2BP1作为适配蛋白与环状RNA和Exportin-2以及Ran-GTP进行物理相互作用。在细胞质中，当Ran-GTP转化为Ran-GDP时，环状RNA被释放出来。
来源：Nature（2024年）。DOI: 10.1038/s41586-024-07060-5
“Ran-GTP梯度与circRNA出核
Ran-GTP是一种小分子GTP酶，其在细胞内的梯度分布为多种核质转运过程提供了方向性。研究表明，当Ran-GTP梯度增加时，circRNA的出核过程得到加强，反之则减弱。这种梯度变化不仅影响circRNA的出核效率，还可能影响其稳定性和功能。因此，深入研究Ran-GTP梯度与circRNA出核的关系，对于理解circRNA的生理功能具有重要意义。
“exportin-2：circRNA的出核受体
exportin-2是一种出核受体，负责将RNA分子从细胞核转运到细胞质。在circRNA的核出口过程中，exportin-2被鉴定为唯一的出口受体。尽管其检测到的肽段数量低，但多项实验证据表明，exportin-2的缺失导致circRNA在核内积累，而对应的线性mRNA影响不大。此外，使用单分子RNA荧光原位杂交（FISH）技术，观察到特定circRNA在exportin-2缺失后在核内积累。这些发现揭示了exportin-2对于circRNA核出口的必要性，为理解circRNA的调控机制提供了新的视角。
“接头蛋白IGF2BP1/2与circRNA的互作
尽管exportin-2并不直接与circRNA结合，但必须有一种RNA结合的适配接头蛋白将circRNA与运输蛋白连接起来。接头蛋白IGF2BP1/2在这一过程中发挥了关键作用。这两种与mRNA定位相关的蛋白质在Ran-GTP存在下与circRNA的相互作用更强。实验证明，Ran-GTP的添加增强了这些适配接头蛋白与circRNA的结合。进一步的研究显示，IGF2BP1的缺失降低了多种circRNA的细胞总水平，暗示IGF2BP1可能直接或间接地参与circRNA的产生，从而影响其出核。这些发现表明，circRNA与IGF2BP1和IGF2BP2的相互作用可由核内Ran-GTP水平调控，与它们在circRNA出核中的作用一致。
“小结
Greg Goodall博士表示：“耐人寻味的是，这种机制类似于将某些蛋白质运出细胞核的方式，而不是将其他类型的RNA运出细胞核的机制。这进一步巩固了这些环状 RNA（有许多不同的类型）在细胞中执行重要功能的证据——迄今为止发现的大多数环状 RNA 尚不清楚这一论点。现在，这种分子机制被研究出来了，这就为操纵这种机制产生有益结果（如疾病疗法）提供了可能性。”
Wickramasinghe博士说：“这项工作始于2017年，当时是纯粹的探索性基础研究，比世界上首个mRNA新冠疫苗的到来还要早数些年。没有人能预料到以mRNA为基础的疗法会如何改变医学，也没有人能预料到环状RNA在下一代RNA疗法上的巨大潜力。”