近日來自斯坦福大學(xué)的研究人員發(fā)布了一項(xiàng)驚人的研究成果：證實(shí)環(huán)形RNA分子是人體細(xì)胞的基因表達(dá)程序中一個(gè)非常普遍的特征。這一研究發(fā)現(xiàn)大大顛覆了人們對(duì)經(jīng)典基因表達(dá)模式的理解。相關(guān)研究論文在線發(fā)表在2月1日《PLoS ONE》雜志上。

研究人員在對(duì)幾種白血病樣本及其來自正常人和癌癥患者組織的細(xì)胞系進(jìn)行深度RNA測(cè)后，發(fā)現(xiàn)每種檢測(cè)組織中均存在一些轉(zhuǎn)錄物，其序列與基因組不盡相同。這些重排的轉(zhuǎn)錄物不僅代表了數(shù)百種基因中存在的相當(dāng)大比例的異構(gòu)體，還表明這些RNA可能更傾向于形成環(huán)形而非線性結(jié)構(gòu)。

經(jīng)典的分子生物學(xué)理論認(rèn)為，從DNA模板鏈轉(zhuǎn)錄出的前體mRNAs會(huì)通過RNA剪接除去內(nèi)含子，形成線性的成熟mRNA分子，最后再翻譯形成蛋白質(zhì)。直到現(xiàn)在，人們還認(rèn)為mRNA的普遍特征是由串聯(lián)的外顯子按與基因組中相同的順序呈線性排列組成。在新研究中，研究人員提出，現(xiàn)在是該對(duì)傳統(tǒng)的認(rèn)知——環(huán)狀RNAs是僅存在于小部分人類細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄物——進(jìn)行修正的時(shí)候了。

迄今為止，所有的研究報(bào)告均認(rèn)為人體細(xì)胞中環(huán)狀轉(zhuǎn)錄物的水平遠(yuǎn)低于線性分子。然而斯坦福生物化學(xué)研究人員Julia Salzman及同事卻對(duì)這一觀點(diǎn)持懷疑的態(tài)度。于是他們開始就這一研究方向?qū)D(zhuǎn)錄開展檢測(cè)研究。研究人員在對(duì)來自5名患有急性淋巴細(xì)胞性白血?。?/SPAN>ALL）患兒的腫瘤樣本進(jìn)行RNA測(cè)序后，結(jié)果顯示外顯子發(fā)生了重排，且環(huán)狀RNA剪接也存在于正常人體細(xì)胞中。

利用Illumina GAII 對(duì)ALL樣品進(jìn)行末端配對(duì)測(cè)序，研究人員隨后將生成的讀值與數(shù)據(jù)庫(kù)中人類轉(zhuǎn)錄組外顯子-外顯子連接(exon-exon junction,EEJ)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比對(duì)，他們發(fā)現(xiàn)有超過1200種基因轉(zhuǎn)錄物中存在順序錯(cuò)亂的外顯子。其中大量的轉(zhuǎn)錄物代表了基因中存在的相當(dāng)大比例的異構(gòu)體。利用RT-PCR檢測(cè)，研究人員再度驗(yàn)證了這些結(jié)果。

在更進(jìn)一步的試驗(yàn)中，研究人員證實(shí)這種外顯子重排現(xiàn)象不僅存在于白血病細(xì)胞中，在Hela細(xì)胞系及正常人原代血細(xì)胞中也有。并且，對(duì)3種白細(xì)胞類型的RNA測(cè)序試驗(yàn)結(jié)果顯示有800多種基因存在重排異構(gòu)體，約占轉(zhuǎn)錄物比例的10%。

另外，研究人員對(duì)通過公共渠道獲得的HeLa細(xì)胞和人類胚胎干細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，也發(fā)現(xiàn)了1748種非標(biāo)準(zhǔn)序列的外顯子異構(gòu)體。對(duì)小鼠大腦RNA測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后的結(jié)果證實(shí)，這樣的異構(gòu)體同樣也存在于其他動(dòng)物中。

通過隨后的統(tǒng)計(jì)學(xué)及生物化學(xué)分析，研究人員推導(dǎo)出這樣的結(jié)論，外顯子重排通常形成了環(huán)狀而非線性的轉(zhuǎn)錄物，數(shù)以百計(jì)這樣的轉(zhuǎn)錄物在細(xì)胞中呈高水平表達(dá)，甚至在某些情況下水平與標(biāo)準(zhǔn)的異構(gòu)體相似。

研究人員表示，我們的研究結(jié)果表明非經(jīng)典的RNA剪接模式導(dǎo)致了環(huán)狀RNA異構(gòu)體，這是一種在人體細(xì)胞中普遍存在的基因表達(dá)程序。

 “這項(xiàng)研究表明仍有許多重要的基礎(chǔ)生物學(xué)項(xiàng)目需要通過實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)合新統(tǒng)計(jì)學(xué)及計(jì)算機(jī)方法來進(jìn)行探索發(fā)現(xiàn)。這些環(huán)狀RNAs有可能就代表了一種尚未被發(fā)現(xiàn)的生物學(xué)過程，”Salzman說。