特拉華大學(xué)的分子生物學(xué)家Mona Batish以及哈佛醫(yī)學(xué)院和加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的合作者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種新的環(huán)狀核糖核酸(RNA)，它可以增加軟組織和結(jié)締組織腫瘤的腫瘤活性。

尋找這種新的遺傳單位有可能促進對癌癥遺傳學(xué)以及如何識別和治療癌癥的理解。

研究人員最近在自然雜志“細(xì)胞研究”的一篇新論文中報告了他們的發(fā)現(xiàn)。Batish是該團隊的合著者，其中包括Jlenia Guarnerio，該論文的主要作者，加州大學(xué)洛杉磯分校和Cedars-Sinai醫(yī)學(xué)中心的生物醫(yī)學(xué)科學(xué)助理教授;Pier Paolo Pandolfi，Aresty Endowed醫(yī)學(xué)院院長，哈佛醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)和病理學(xué)教授;以及來自哈佛醫(yī)學(xué)院的Beth Israel Deaconess醫(yī)療中心，羅格斯大學(xué)和丹麥奧爾堡大學(xué)醫(yī)院的同事。

關(guān)于循環(huán)RNA的一個詞

RNA是由DNA制成的單鏈分子 - ;生活規(guī)范 - ;在我們的身體里。信使RNA(mRNA)充當(dāng)信使，將指令從DNA代碼轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)制造機器，從而決定細(xì)胞中蛋白質(zhì)的組成。除了mRNA之外，還有許多其他類型的RNA，它們不攜帶蛋白質(zhì)的代碼，但在細(xì)胞中發(fā)揮其他重要功能。這些被稱為非編碼RNA。

20世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)了一類新的非編碼RNA，稱為環(huán)狀RNA。環(huán)狀RNA(circRNA)最初被認(rèn)為是病毒，因為大多數(shù)RNA分子是線性的，這意味著它們的基因序列總是向前移動。相比之下，circRNA是環(huán)狀的，即使它與線性RNA具有相同的基因序列。

在某些條件下，RNA處理系統(tǒng)可能會被欺騙，認(rèn)為他們應(yīng)該加入到目的。當(dāng)這個錯誤發(fā)生時，它會在RNA的基因序列中產(chǎn)生一個向后的循環(huán)，然后繼續(xù)進行，就像在項鏈中間出現(xiàn)扭結(jié)一樣。“

Mona Batish，UD健康科學(xué)學(xué)院醫(yī)學(xué)和分子科學(xué)助理教授

該環(huán)分離并在細(xì)胞內(nèi)作為環(huán)狀RNA存在。

很長一段時間，研究人員認(rèn)為這個錯誤，一個稱為反拼接的過程，并沒有任何意義。但是當(dāng)基因組測序在20世紀(jì)90年代出現(xiàn)時，科學(xué)家開始在腦組織和其他組織中發(fā)現(xiàn)環(huán)狀RNA。到2014年，他們意識到環(huán)狀RNA很重要，而今天，整個領(lǐng)域都在研究環(huán)狀RNA作為疾病的生物標(biāo)志物，尤其是癌癥。

根據(jù)Batish的說法，circRNA在腫瘤進展中的作用尚未得到充分研究。

在該論文中，研究人員描述了一種新的circRNA，它是由一種名為Zbtb7a的基因在軟組織腫瘤中發(fā)現(xiàn)的，如間充質(zhì)腫瘤。根據(jù)先前Pandolfi哈佛研究實驗室的研究，這種RNA以線性形式產(chǎn)生抑制癌癥的腫瘤抑制蛋白。然而，一旦相同的RNA產(chǎn)生circRNA(即，獲得“扭結(jié)”)，環(huán)狀RNA獨立地起作用以使腫瘤更活躍，有效地沉默腫瘤抑制蛋白。

根據(jù)Batish的說法，這是第一次顯示出與具有相同基因序列的線性RNA相關(guān)的circRNA的這種拮抗性腫瘤促進作用。

從理論上講，兩條RNA鏈都應(yīng)該發(fā)揮相同的功能，因為它們來自相同的遺傳物質(zhì)，但它們不是。

方法有助于驗證結(jié)果

為了驗證他們的發(fā)現(xiàn)，研究人員需要一種方法來判斷RNA是線性的還是環(huán)狀的，因為它們具有相同的遺傳密碼。這就是Batish的專長所在。

“你不會'看'RNA本身，所以你必須給它貼上標(biāo)簽，”巴蒂什說。“但是，如果你用特定序列的東西標(biāo)記它，很難判斷它是線性的還是循環(huán)的，因為遺傳密碼看起來是一樣的。”

Batish之前曾研究過將熒光顯微鏡下的單個細(xì)胞中每個RNA“點亮”作為單個亮點的探針，以了解生物系統(tǒng)如何在細(xì)胞水平上運作。她采用這種方法，通過使用顏色組合方法將環(huán)狀RNA與來自相同基因的線性RNA對應(yīng)物區(qū)分開來。

“基本上，它就像在項鏈上創(chuàng)造一個珠子圖案。假設(shè)我們正在使用的RNA包含紅色和綠色珠子。我們知道圓形RNA只是一個封閉的綠色珠子圈，所以我們添加了紅色和綠色的探針珠子然后在熒光顯微鏡下成像，“巴蒂什說。“如果我們在同一點看到紅色和綠色的信號，在樣品中顯示為黃色(綠色和紅色的組合)，我們知道它是線性RNA。如果它沒有紅色，它必須是圓形的RNA“。

該方法允許它們同時在單個細(xì)胞內(nèi)可視化線性和環(huán)狀RNA。

“這是我們第一次意識到具有相同基因序列的RNA有時可以發(fā)揮兩種作用，在這種情況下，作為癌癥抑制因子和癌癥啟動子，這種作用的變化發(fā)生在RNA水平，”巴蒂什說。“鑒定這種新的遺傳單位為了解癌癥的遺傳學(xué)和circRNA在癌癥生物學(xué)中的作用開辟了新的機會。”

并且因為在circRNA的末端聚集在一起形成了獨特的連接，Batish說他們可能能夠開發(fā)出獨特靶向環(huán)狀RNA的治療方案，但只保留線性RNA。這可以提供一種靶向治療的方法，以阻止環(huán)狀RNA阻斷體內(nèi)的癌癥抑制作用。

那么，Batish的下一步是什么?

雖然這項研究的重點是結(jié)締組織和軟組織腫瘤或間充質(zhì)腫瘤等疾病，但Batish說，她實驗室開發(fā)的技術(shù)可用于任何癌癥，因為每種癌癥都有環(huán)狀RNA。

Batish計劃進行實驗，以確定他們在細(xì)胞水平上觀察到的是否也發(fā)生在組織樣本中。她說，在健康組織和患病組織中研究這種表達(dá)將有助于她更好地理解環(huán)狀RNA的生物印記。

“如果我們能夠證明它存在于被遺漏但沒有得到妥善處理的樣品中，那就具有實際價值。這是因為環(huán)狀RNA差異表達(dá)，這意味著我的肺部將表達(dá)與我的大腦和其他組織或器官不同的環(huán)狀RNA， “巴蒂什說。

“所以想象一下，如果你有這種生物印記，并且你可以從患者身上抽血并查看他們所擁有的環(huán)狀RNA，那么你可以通過這些癌癥標(biāo)記來識別一個人患有什么樣的癌癥而不是讓患者進行成像?；蚱渌麥y試。人們正在研究這項研究，所以我們會看到。“

Batish還想研究在腫瘤中發(fā)現(xiàn)的環(huán)狀RNA是否存在于被稱為細(xì)胞外囊泡的細(xì)胞信號分子中。她將這些囊泡描述為字母，聯(lián)邦快遞將這些細(xì)胞組合在一起并送到鄰近的細(xì)胞，告訴他們附近發(fā)生了什么。

“有人認(rèn)為，癌癥可能實際上是在劫持這種傳遞系統(tǒng)，在包裹中添加'假新聞'，告訴鄰近的細(xì)胞在細(xì)胞中一切正常，同時創(chuàng)造一個癌癥可以生長的微環(huán)境，”她說。

由于每個癌癥都是從一個單細(xì)胞開始的，因此Batish希望探索循環(huán)RNA可能在此消息傳遞中扮演的角色。它可能提供了解腫瘤細(xì)胞如何使用細(xì)胞間通信的途徑。

她還想開發(fā)工具，以實現(xiàn)細(xì)胞中環(huán)狀RNA的實時成像。Batish與特拉華生物技術(shù)研究所生物成像中心主任Jeff Caplan合作，正在研究如何在細(xì)胞中添加各種“跟蹤裝置”，使其能夠?qū)崟r跟蹤信號。形成RNA。

“如果我們能做到這一點，那將是非常具有開創(chuàng)性的，”巴蒂什說。