Science突破成果：又是氮气柜魔剪CRISPR！首次揭秘“环状

作者：张馨予

CLIVEWA/SHUTTERSTOCK.COM

近年来，环状RNA（Circular RNAs，circRNAs）越来越受到科学界的关注，但它们在活体内的功能一直是一个谜。8月10日，发表在Science杂志上题为“Loss of a mammalian circular RNA locus causes miRNA deregulation and affects brain function”的研究报道了一种称为Cdr1as的环状RNA能够调节哺乳动物大脑中的microRNA水平。删除Cdr1as会导致小鼠出现异常的神经元活动和行为障碍。

这是科学家们首次将环状RNA与大脑功能联系起来。德国Max Delbrück分子医学中心的Nikolaus Rajewsky教授是该研究的通讯作者。

图片来源：Max-Delbrück-Center for Molecular Medicine (MDC)

12013年的1篇Nature

RNA不仅仅是DNA和其编码蛋白质之间的普通信使。事实上，生物体内有多种非编码RNA分子存在。环状RNA是一类特殊的非编码RNA分子，也是RNA领域最新的研究热点。与传统的线性RNA（linear RNA）不同，环状RNA分子呈封闭环状结构。环状RNA曾经被认为是基因表达错误的结果，现在已确定有数百种环状RNA在生物体内特异性表达。

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图片来源Nature

其中，Cdr1as是在哺乳动物大脑中高表达的一种环状RNA。早在2013年2月，Rajewsky教授和他的同事们在Nature杂志上发表了一篇题为“Circular RNAs are a large class of animal RNAs with regulatory potency”的论文。该研究发现，Cdr1as具有充当microRNA“海绵”（sponge）的潜能。它具有超过60个miR-7（一种microRNA）的结合位点。不过，这种“海绵”的作用还不清楚。

事实上，Cdr1as也是不同寻常的，因为它是从DNA的反义链中转录而来，没有良好表达的线性等价物（it has no well-expressed linear equivalent）。这一特征使得研究人员能够利用包括CRISPR-Cas9在内的DNA编辑工具开展Cdr1as相关的功能缺失分析。

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图片来源：Science

2最新Science发现了什么？

在最新发表的这篇Science论文中，Rajewsky教授和他的同事们首次利用了他们先前开发的一种技术。该技术之前是用于检测体内microRNAs和其它分子的相互作用。

利用小鼠和人类死后的大脑，研究小组发现，miR-7和另一种microRNA——miR-671都能与Cdr1as结合。

接下来，研究人员利用基因组编辑技术CRISPR-Cas9选择性删除了小鼠中的Cdr1as基因。在这些突变小鼠中，大部分microRNAs的表达在被研究的4个大脑区域中没有受到干扰。然而，研究小组检测到，miR-7的水平下调了，miR-671的水平上调了。

由于microRNAs在调节信使RNA方面起着重要作用（microRNAs是一类短的RNA分子，通常与信使RNA的互补序列结合，因而控制特异性蛋白的表达），研究人员接着开始调查在Cdr1as缺陷型动物中的基因表达变化情况。结果发现，Cdr1as敲除小鼠中与大脑活性相关的一组称为“即刻早期基因”（immediate early genes，如Fos）的基因的表达发生了变化。这些基因很多已经被鉴定为是miR-7的靶标。

Rajewsky教授说：“我们已经知道，即刻早期基因的上调通常是神经元活动的标志。在Cdr1as基因敲除小鼠的大脑中，非常清晰的是，这类基因表达上调了。”

与基因表达变化一致的是，研究人员发现，突变小鼠确实表现出了神经元活动的异常。此外，对神经元的单细胞分析显示，与对照组相比，基因敲除小鼠出现了两倍以上微型兴奋突触后电流（miniature excitatory postsynaptic currents，神经传递中断的信号）的发生频率。

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Circular RNA can impact normal brain function. Credit: The circular RNA biology Training Network (circRTrain), MDC.