蛋白质合成是储存在DNA中的遗传信息被各种催化剂解码的过程，从而实现氨基酸的精确定位，这个过程被称为“翻译”。功能不同的细胞只表达了执行基本生命功能所需的部分遗传信息。规范翻译是高度调控的，需要多种真核生物起始因子(eIFs)与5 ‘帽结构共同参与。在真核生物中，选择性剪接产生的线性mRNAs采用5 ‘帽依赖的翻译方式。
近年来，广泛存在由反向剪接形成的共价闭合RNAs分子，被称为“circRNAs”。它被报道有可能翻译成特定的肽/蛋白。由于翻译起始缺乏5 ‘ -帽结构，这些环状RNA被发现遵循帽独立的翻译机制，该机制要么依赖于IRES，要么依赖于m6A RNA修饰[1,2]。
月初，加拿大多伦多大学杨柏华教授在Trends Mol Med在线发表文章Circular RNA translation: novel protein isoforms and clinical significance，综述了参与环状RNAs翻译的元素，以及翻译后的新蛋白亚型在人类疾病中的功能。本文还讨论了可翻译环状RNAs和被翻译蛋白的双功能特性。此外，还提出了可以作为适当治疗选择的各种分子策略。
环状RNA翻译
最初，环状RNA在病毒中被发现，现在人和多种动植物体内发现了大量环状RNAs的存在。大量研究证明环状RNAs在多种人类疾病中起着重要作用。2017年，人们发掘了环状RNAs的编码潜能，提出了5 ‘ -帽端独立的翻译机制。
常规和非常规的翻译过程
Internal ribosome entry site(IRES)是将核糖体招募到mRNAs内部区域以启动翻译的RNA元件。IRESs是动物病毒RNAs中位于5 ‘ -(UTR)的200-500nt长的序列，具有特殊的二级结构，而在植物病毒RNAs中，它们较小，结构简单，有时位于3 ‘ -UTR。IRESs已被发现参与许多致病病毒和环状RNAs的翻译起始。
IRES诱导的5 ‘ -帽端独立的翻译模式,大量存在于环状RNAs的翻译过程中。在已知的众多可翻译环状RNAs中，circZNF609具有更多的可翻译模块。此外，环状RNA中的IRES序列可能被多次读取，第一次读取的是IRES，后续读取的是编码信息。
N6-methyladenosine（m6A）是由许多真核细胞mRNA中腺苷基6号位置的氮甲基化形成的。m6A的作用不仅调控环状RNAs的表达、分布和功能，还调控环状RNAs的翻译。
在IRES和m6A之间可能存在相互作用，促进了环状RNAs的帽独立翻译。为了更好地理解环状RNAs翻译的起始机制，需要对IRES、m6A和其他潜在元素进行进一步的全面研究。
环状RNA的翻译起始的非AUG起始密码子翻译也有报道，终止密码子UGA和UAA可以终止翻译过程。而终止密码子的缺失则会导致无限滚环翻译的发生。如图1所示，多个起始密码子的存在，会导致蛋白产物的竞争，突变circZNF609的三个起始密码子中的一个均会导致另外两条蛋白条带亮度的增加。环状RANs的可翻译性需要根据ORF的起始密码子、IRESs或ORF上游的m6A，并在体外和体内进行验证。
图1.环状RNAs翻译的驱动，及circZNF609翻译模式
环状RNA翻译的特征
1. 滚环翻译。核糖体读取起始密码子，当没有遇到终止密码子时，继续不间断地穿过BSJ一次或多次。如图1C所示，环状RNA翻译过程中未遇到终止密码子，导致无限滚动的圆平移翻译。
2. 应激条件下的环状RNAs翻译。环境和生理条件的快速变化要求细胞具有较高的可塑性，以便对某些条件做出即时反应，IRESs驱动的环状RNAs翻译是机体适应肿瘤微环境的表现。此外，m6A驱动的环状RNAs翻译被观察到在热休克时增加。因此，环状RNAs编码的蛋白可能在应激反应中发挥作用。
3. 环状RNAs的翻译能力。环状RNAs的翻译能力取决于IRESs或m6A以及起始密码子，仅2021年就报告了12种可翻译的环状RNAs。环状RNAs的表达丰度远低于线性转录本，尽管有些环状RNAs可能被翻译，但翻译效率可能很低。尽管如此，还需要进行深入的研究来阐明环状RNAs的翻译机制和生物学功能。
环状RNA翻译的新异构体或新蛋白
C端延伸的新型异构体
环状RNAs翻译的特征和机制产生与数据库中提供的蛋白质序列不完全匹配的多肽。circNlgn的翻译延伸到BSJ之外，并在C端添加了9个氨基酸，从而形成了一种在调节心脏重构和纤维化[3]。已知的可翻译的环状RNAs的大小范围为249 nt (circEGFR)[4]到4014 nt (circARHGAP35)[5]。其中大部分包含1个或2个外显子。这些外显子翻译后，如果ORF不发生移码，并生成一个终止密码子，则可以生成蛋白质的部分序列。若在第一个翻译环内没有终止密码子，则可以添加额外的氨基酸残基，形成BSJ以外的c端延伸。新氨基酸的添加可能赋予新的蛋白质亚型重要的生物学功能，涉及与疾病相关的信号通路，并导致对疾病诱导或抑制的影响。唯一例外的是circFNDC3B218aa具有特定的N端扩展[6]。
移码翻译新的蛋白产物
在RNAs的环状化过程中，潜在的ORF可能会从其线性mRNAs中移码得到，从而产生新的蛋白，进而参与生物学功能的调控。
靶向circRNA翻译:疾病管理的治疗方法
翻译是调节细胞内蛋白质合成的基本过程，在疾病发展过程中，翻译水平普遍显著提高。环状RNAs翻译的新亚型和新蛋白可能具有致病或抑制作用。抑制疾病的蛋白质是药物开发的理想候选。阻断致病蛋白的合成是治疗各种疾病最有效、最有益的方法。同样，可以通过靶向环状RNAs或被翻译的蛋白来抑制环状RNAs的翻译。质谱或免疫化学策略检测扩展氨基酸以验证环状RNAs的翻译情况，在其临床应用之前，需要考虑环状RNAs的翻译产物功能和内源性表达情况。
抑制环状RNAs翻译的分子策略
综上所述，由于具有较高的组织特异性和环状RNAs编码肽的相对较小的尺寸，靶向环状RNAs翻译相比线性翻译具有较大的优势。由于环状RNAs方便的检测和组织特异性表达，环状RNAs也可以作为分析疾病进展的生物标志物。根据所研究的新亚型/蛋白质的致病或抑制作用设计减缓疾病发展和进展的治疗方法。将环状RNAs翻译抑制的各种机制应用于治疗性调控可能对疾病治疗有重要意义。
环状RNAs翻译研究的突出问题汇总：
1. 内源性环状RNAs是否可以无限翻译？能产生多大的蛋白质？
2. 环状RNAs对人类基因组翻译的影响？调控环状RNAs翻译的因素有哪些？
3. 影响环状RNA翻译的因素（没有起始密码子）？非帽翻译的影响因素？
4. 如何针对核环状RNAs有效治疗？如何有效递送反义序列，防止脱靶？
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.molmed.2022.03.003
参考文献：
[1]. Yang, Y. and Wang, Z. (2019) IRES-mediated cap-independent translation, a path leading to hidden proteome. J. Mol. Cell Biol. 11, 911–919
[2]. Wu, J. et al. (2021) N6-methyladenosine modification opens a new chapter in circular RNA biology. Front. Cell Dev. Biol. 9, 709299
[3]. Du, W.W. et al. (2021) A neuroligin isoform translated by circNlgn contributes to cardiac remodeling. Circ. Res. 129, 568–582
[4]. Liu, Y. et al. (2021) Rolling-translated EGFR variants sustain EGFR signaling and promote glioblastoma tumorigenicity. Neuro Oncol. 23, 743–756
[5]. Li, Y. et al. (2021) HNRNPL circularizes ARHGAP35 to producean oncogenic protein. Adv. Sci. (Weinh.) 8, 2001701
[6]. Pan, Z. et al. (2020) A novel protein encoded by circFNDC3B inhibits tumor progression and EMT through regulating Snail in colon cancer. Mol. Cancer 19, 71