circRNA在神经发育过程中转运与功能调控新机制

环形RNA(circRNA)是一类共价闭合的单链RNA分子，主要由mRNA前体的外显子反相剪接而成。近十年来研究发现，环形RNA普遍表达，并具有区别于线性mRNA的生成加工、转运代谢及功能发挥途径与调控规律。

环形RNA在细胞核内产生，大部分被转运定位于细胞浆中。已有研究揭示了多个参与mRNP和蛋白质出核的因子可能也参与了环形RNA出核。然而环形RNA出核在不同的生物学过程中是否受到调控，不同环形RNA的动态转运过程如何与功能偶联仍是环形RNA领域中的重要问题。

2024年6月4日，中国科学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)陈玲玲研究组在 Molecular Cell 期刊发表了题为：Altered nucleocytoplasmic export of adenosine (A)-rich circRNAs by PABPC1 contributes to neuronal function 的研究论文。

该研究发现一类腺苷酸富集(Adenosine-rich，(A)-rich)的环形RNA在人源胚胎干细胞H9的细胞核中滞留，并随着定向分化为前脑神经元的过程中出核。研究团队进一步解析了这一环形RNA转运调控的分子机理，并揭示了其动态定位参与调控H9细胞中的蛋白质翻译和神经元的突触生长，首次将环形RNA出核调控与功能作用相偶联。

哺乳动物的大脑神经发育过程中，环形RNA在神经元中累积并参与相关调控。那么，环形RNA在神经分化过程中具有怎样的亚细胞定位?其出核过程受到怎样的调控?这一过程又是否参与了神经元分化和功能？

为了回答这些问题，研究团队首先通过分离人源胚胎干细胞H9和体外定向分化的前脑神经元的细胞核与细胞质RNA，结合高通量测序分析，发现约300个(A)-rich的环形RNA在H9细胞核中滞留，并随着神经分化的过程出核。对多个环形RNA中富含(A)的基序进行添加或删减，能够实现对环形RNA的亚细胞定位的操控。

机制研究发现，poly(A)结合蛋白PABPC1参与了这类(A)-rich环形RNA的转运调控。PABPC1是一种核质穿梭蛋白，过往的研究显示其在调控mRNA的加工转运、稳定性维持和翻译过程中发挥重要功能。该研究发现，H9细胞核中的PABPC1能够结合这些(A)-rich的环形RNA，形成的复合物被核篮蛋白TPR捕获而被滞留于核中。此前TPR被认为可以参与抑制剪接异常的线性RNA出核，从而对线性RNA出核进行质控，该研究结果表明TPR也在环形RNA出核调控中具有重要功能。有意思的是，在神经分化过程中，细胞核内PABPC1的表达水平下降，不再能够被TPR有效捕获，从而不再抑制(A)-rich环形RNA出核。

值得一提的是，这一PABPC1参与调控的(A)-rich环形RNA亚细胞定位具有生理学意义。研究人员发现，递送(A)-rich环形RNA到H9细胞浆中，可以显著抑制mRNA翻译。这提示H9胞浆中过量的(A)-rich环形RNA可能与mRNA竞争性结合PABPC1并抑制翻译，(A)-rich环形RNA在干细胞中核滞留现象有利于干细胞增殖所需要的高效的蛋白翻译。针对在神经分化过程中出核的(A)-rich环形RNA circRTN4(2.3)研究发现，该环形RNA参与了神经元突触的生长调控，提示出核的(A)-rich环形RNA对于神经发育也具有重要意义。研究还发现mRNP出核因子NXF1参与了环形RNA的出核调控，然而其辅因子NXT1尽管在mRNA出核过程中发挥重要作用，但并不调控环形RNA出核，提示环形RNA与线性RNA出核机制的区别。

环形RNA出核调控与功能偶联调控新机制

总的来说，该研究揭示了一种(A)-rich序列依赖性的环形RNA出核调控机制，该类环形RNA的亚细胞定位与其在细胞中的功能高度偶联，从而丰富了对环形RNA出核调控与功能作用机制的理解。

论文链接：

https://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765(24)00434-9