2022年5月24号，中科院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）陈玲玲教授在Annual Review of Cell and Developmental Biology上发表了一篇名为Biogenesis and Regulatory Roles of Circular RNAs的综述，在这篇综述中作者讨论用于在基因组和单个基因尺度上发现和表征不同环状RNA的实验策略。进一步强调了目前对环状RNA是如何产生，以及成熟转录物是如何发挥作用的理解。
首先作者从环状RNA发现的先后顺序和不同的环化方法出发，汇总了环状RNA发现和发展的编年史，总结了相关的研究技术和实验方法（表1）。
一.1976年，致病性类病毒环状RNA基因组在植物中大量鉴定；随后，HDV病毒被发现也属于环状RNA；
二．除类病毒外，环状RNA也可以从细胞中的各种非编码序列处理得到，包括线粒体RNA、核糖体RNA（rRNAs）和转移RNA（tRNAs）的非编码区，通过I型和II型内含子自剪切的方式，在细菌和真核生物中形成环状RNA；
三．剪切体依赖的剪切方式是真核生物特有的，从前体mRNA剪切形成环状RNA的方式（本综述的重点）。现在已有大量研究描述了这些剪接体依赖性circRNA的表达模式、生物发生机制和功能。在此，作者总结了该领域的最新进展，这些进展揭示了前体mRNA外显子反向剪切产生的真核circRNA的巨大调节潜力。
表1.环状RNA发现的编年史
CircRNA的全基因组分析
CircRNAs除了反向剪切位点以外，与线性mRNAs具有相同的同源序列。由于circRNA不具有poly（A）尾，大多数的表达水平较低，在进行测序分析之前需要清除rRNA，并对circRNA的表达进行生化富集（常用RNase R进行处理）。
通过短读序列映射BSJ位点，并采用多种计算管道可以增加分析效率和准确性。短读序列的读取长度有限，远离BSJ的序列通常是不明确的，用于全基因组circRNA分析的长读测序平台及其相应的生物信息管道主要采用纳米孔技术进行circRNA序列分析。与短读测序相比，长读测序方法提供了有关circRNA选择性剪接图谱的更准确信息，包括识别内含子保留事件、微核和circRNA特异性的外显子（在相关同源线性RNA中未观察到）。在未来，随着circRNA富集、长读测序和先进计算管道技术的改进，将获得更精确的circRNA表达谱。
细胞中circRNA的生命周期
1. RNA聚合酶II(Pol II)可以提高剪切体依赖的反向剪切效率（图1a）
2. 反向剪切的调控（图1b）
l 长外显子常位于形成外显子的环状RNA的侧面；
l 内含子互补序列 (ICSs，顺式作用元件)，可通过形成瞬时内含子RNA双链体，使剪接位点非常接近，从而促进后剪接；
l 反式作用因子与ICSs或前体mRNA中的其他序列结合，直接桥接远端剪接位点以促进反向剪切；
l ICSs+反式作用因子协同促进反向剪切；
3. 内含子间和内含子内的竞争，调节剪切和反向剪切（图1c）
4. CircRNA的核输出，降解途径和胞外运输（图1d,e,f,g）
n 核输出，DDX39A/DDX39B分别介导短（<356个核苷酸）和长（>1298个核苷酸）circRNA的出核，控制中等长度circRNA（400至1300个核苷酸）核输出的机制仍不清楚。NF90 /NF110穿梭于细胞核和细胞质之间，可能介导一些circRNAs的输出。
n 积累，由于缺乏自由端，circRNA耐受核酸外切酶的降解，具有更长的半衰期，使得部分circRNA积累较高的水平。
n 降解，miR-671可以Ago2依赖的方式诱导ciRS-7的降解，其它的一些核酸内切酶（RNase L，G3BP1，RNase P）也可以介导circRNA的降解。
n 胞外运输，外泌体可以充当circRNA胞外运输和细胞间传递的媒介。
图1.circRNA在细胞内的调控和传递机制
CircRNA的生理和病理功能（图2）
CircRNA最初被认为表达量水平低，功能潜力很小，但可能和某些生理和病理功能相关。CircRNA的细胞和生理表达模式改变。在不同的生物学和生理环境中，包括胚胎和神经元发育、精子发生、免疫反应和肿瘤发生中，已观察到上调和下调的circRNA表达，且独立于同源线性mRNA的表达。尽管一些特定的circRNAs已被证明参与了这些不同的过程，但大多数这些改变的circRNAs的调节作用有待进一步研究。
图2.circRNA的细胞和生理表达模式改变
CircRNA在细胞内的作用机制（图3）
ü 同一剪接位点的反向剪接和规范剪接之间的选择，会影响前体mRNA剪接，最终影响线性和circRNA的竞争性表达；
ü 考虑到circRNAs在细胞质中的定位和细胞稳定性，许多研究都认为circRNAs可能作为竞争性内源性RNAs（ceRNAs）发挥作用，调节miRNAs的生物利用度。尽管如此，大多数哺乳动物的circRNAs表达水平较低，miRNA结合位点相对较少。这使得大多数circRNAs很难作为miRNAs的ceRNAs；
ü CircRNAs作为蛋白质的海绵，除了结合RNAs外，circRNAs还可以与蛋白质结合，阻止这些蛋白质因子在其他地方发挥作用；
ü 一些circRNA与蛋白质的相互作用不会抑制蛋白质功能，而是能够形成参与基因调控的复合物（circRNPs）；
ü 除了circRNAs可以发挥的多种非编码作用外，最近的研究表明，部分内源性circRNAs可以非帽依赖的翻译机制翻译成蛋白质。
图3.circRNA的作用模式
综上所述，本文讨论了在基因组和单个基因尺度上发现和表征不同circRNAs的实验策略。强调了对circRNAs是如何产生的以及成熟转录物是如何发挥作用的理解。一些环状circRNAs作为非编码RNAs，通过充当miRNA和蛋白质的海绵，影响基因调控。另一些circRNA形成广泛的核糖核蛋白复合物网络或编码功能肽，这些功能肽在应对某些细胞应激时被翻译。总的来说，circRNA已经成为一类在基因表达调控中影响许多生理过程的重要的RNA分子，包括早期发育、免疫反应、神经发生和肿瘤发生。
原文链接：https://doi.org/10.1146/annurev-cellbio-120420-125117