“基于这一发现，理论上我们能设计出不同的翻译起始元件，从而控制环形 RNA 的翻译，最终实现高效的蛋白表达。在 mRNA 疗法如火如荼的当下，高效翻译的环形 RNA 作为下一代 mRNA 药物平台，具有广阔应用前景。”中科院计算生物学重点实验室主任、RNA 系统生物学课题组组长王泽峰表示。
近日，他和团队开发出一种基于细胞的新型筛选系统，能以无偏好的方式从随机序列中鉴定出多个短序列、也就是类 IRES元件。这些元件可以通过和新鉴定的几十个反式作用因子相结合，从而促进环形 RNA 的翻译。
▲图 | 从右到左：樊晓娟、杨赟、陈楚赟、王泽峰（来源：王泽峰）
此外，结合质谱数据分析，该团队鉴定出近千种有翻译产物的天然环形 RNA，其中一半来自环形 RNA 的滚环翻译产物。本次研究表明真核细胞中存在广泛的环形 RNA 翻译，同时也揭示了人类转录组中的非帽依赖性翻译比此前人们认为的更普遍。
另外，其还发现尽管很多环形 RNA 都有被翻译成蛋白的潜力。但在实际上，环形 RNA 所翻译的产物并不常见，本研究发现其主要原因很可能是由于环形翻译出来的很多产物不稳定，会被很快降解。因此，该研究也表明蛋白质组中存在广泛的翻译“暗物质”。
概括来说，此成果主要解析了环形 RNA 翻译的分子机理，是一个经典的基础研究型工作，对于人们深入了解环形 RNA 的生理学功能具有重要价值。此外，它也为课题组提供了得以提升和操控环形 RNA 翻译活性的理论基础。
（来源：Nature Communications）
近年来，人们在生物体内发现了大量环形 RNA，在真核生物中可以广泛表达。研究表明，在组织发育、基因调控以及肿瘤的发生上，环形 RNA 都扮演着重要角色。
据悉，大多数环形 RNA 由 mRNA 前体通过反向剪接的方式形成：即外显子上游的 5’端剪接位点和下游的 3’端剪接位点，以反向剪接的方式形成共价闭合的环状 RNA。通常，环形 RNA 包含一个或多个相邻的外显子。和线性 mRNA 不同的是，环形 RNA 没有 5’端帽和 3’端 polyA 尾，所以它对 RNA 外切酶不敏感，比线性 mRNA 更稳定。
目前，环形 RNA 的主要功能仍不清楚，大多数研究主要集中于探索环形 RNA 的非编码功能。有研究表明，一些环形 RNA 可作为 miRNA 或 RNA 结合蛋白海绵，从而调控相应的 miRNA 或 RBP。
另外，也有研究表明，环形 RNA 可作为肿瘤的生物标志物。例如，有报道称环形 RNA 的丰度与前列腺病人群体的疾病进程相关。另有多项研究结果表明：环形 RNA 作为非编码 RNA，在不同的生理和病理状态下，都具有非常重要的生物学功能。
（来源：Nature Communications）
鉴于多数环形 RNA 由外显子组成，并且多数分布在细胞质中。所以，理论上环形 RNA 可以满足翻译的条件，只是缺乏经典翻译所必须的 5‘端帽结构和 3’端 polyA 尾。而学界的早期研究发现，人工合成的、含有 IRES 的环形 RNA，可以在体外被翻译。
该实验室的前期研究也表明，利用环形RNA报告的基因，可在细胞内生成环形 RNA，并生成有功能的翻译产物。在该研究中，王泽峰等人也在细胞内检测到了环形 RNA 的少量翻译产物。这说明，环形 RNA 在体内和体外均可被翻译。
原因在于，环形 RNA 缺少类似于 mRNA 的 5’端帽结构。因此，环形 RNA 只能通过非帽的依赖性翻译途径，比如让内部核糖体进入位点 IRES 来进行起始翻译。不同于经典的翻译通路，细胞中的非帽依赖性翻译，可以利用 mRNA 的内部序列，去招募核糖体执行起始翻译。
与此同时，该课题组联合外部实验室发现，环形 RNA 编码框上游的序列有 IRES 活性，能招募翻译起始因子，进而驱动环形 RNA 翻译。但是，目前鉴定出的人类转录组中的 IRES 很少，并且多数位于 5’UTR 区域。
据介绍，环形 RNA 主要来自位于基因中间区域的编码区。所以，已知的 IRES 与环形 RNA 重合的几率较低。这也意味着系统性地鉴定驱动环形 RNA 翻译的元件，对环形 RNA 的翻译研究至关重要。
（来源：Nature Communications）
对于论文投递过程，该团队坦言历经了多轮审稿，所有审稿人都认为论文结论非常出人意料，但也有审稿人持不同意见。部分审稿人认为此次发现非常新颖：比如该团队首次证明了细胞内存在大量类 IRES 元件及能翻译的环形 RNA，这表明蛋白质组中存在很多翻译的“暗物质”。
而另一些审稿人认为，之前已有研究表明细胞内存在能翻译的环形 RNA，此次研究只是揭示了能翻译的内源性环形 RNA 存在普遍性。
但总体而言，多数审稿人认为该研究是一个概念性突破，改变了人们对 RNA 翻译领域的认知，最终论文得以顺利刊登。
近日，相关论文以《短 IRES - like 元件驱动环状 RNA 的普适翻译》（Pervasive translation of circular RNAs driven by short IRES-like elements）为题，发表在Nature Communications上，樊晓娟、杨赟、陈楚赟担任共同第一作者，王泽峰担任通讯作者。
▲图 | 相关论文（来源：Nature Communications）
已将环形 RNA 作为新一代 mRNA 的应用进行转化
整个研究从立项到论文发表，累计耗时 6 年半。大致可分为问题提出&概念验证、深入研究和探索、论文撰稿&投稿这三个阶段。
（来源：Nature Communications）
相关问题最早于 2015 年提出。当时，课题组正在探索 RNA 甲基化修饰 m6A 在启动环形 RNA 翻译上的机制。期间，他们发现除了 m6A 修饰以外，还有一些其他的短序列也能驱动环形 RNA 的翻译。
所以，该团队设想是否存在大量未知的序列元件，可以驱动环形 RNA 的翻译？为了无偏差地筛选潜在的序列元件，他们构建了包含随机序列的、编码了 GFP 蛋白的环形 RNA 质粒库，并通过流式筛选和深度测序获得了原始数据。
之后，课题组对这些原始数据进行系统分析，从中发现了大量能启动环形 RNA 翻译的序列元件。这一结果大大超乎预料，为确定这一发现，他们随后做以大量对照实验，并对这些元件启动环形 RNA 翻译的机理进行解析。
项目启动大约 3 年后，多数工作基本都已完成。如前所述，后期审稿颇为周折，基本占据整体研究时长的一半。一些审稿人觉得这一发现不够新颖，只是进一步表明了环形 RNA 可以翻译；而另一些审稿人反而觉得，此次成果过于不可思议。怎么会有这么多环形 RNA 被翻译？以及这一发现是否存在实验系统上的问题？
为全面解答这些疑问，他们又进行大量对照实验，实验成果甚至多到、可以再整理一篇论文。当然，投稿期间的反复修改，也让研究得以不断完善。其中一位审稿人要求课题组，对环形 RNA 与 mRNA 的翻译效率、以及体外制备的环形 RNA 是否依然具备翻译活性做出比较。
这些补充实验，让他们得以进一步探索环形 RNA 翻译的特点，也促使其将环形 RNA 作为新一代 mRNA 的应用进行转化。
该团队表示：“我们近期也在把多出来的实验成果整理成新论文，希望帮助大家更好地研究环形 RNA 翻译，共同促进这一领域的发展。也希望通过这些系列工作，引起大家对非典型翻译过程的更多关注。”
（来源：Nature Communications）
“未解之谜”：细胞如何调节滚环翻译？
尽管论文已经发表，而关于环形 RNA 的翻译，依然有很多“未解之谜”。比如，该团队发现大量环形 RNA 可经过滚环翻译，来产生分子量极大且具有重复序列的蛋白。然而，这样的蛋白很可能会形成有细胞毒性的聚集体，那么细胞如何调节滚环翻译，仍然是个问号。
而前面提到的那篇新论文，是此次论文的姊妹篇。在这一研究中，课题组将人类细胞的转录组 RNA 插入到环形 RNA 中，以对驱动环形 RNA 翻译的内源转录本序列进行筛选。他们发现，大量内源序列可以驱动环形 RNA 的翻译，并且还具有调控线性 mRNA 翻译的功能，目前已被整理成另一篇论文，也正在审稿中。
（来源：Nature Communications）
同时，基于本研究的发现，未来该团队将进一步探索这些新鉴定出来的环形 RNA 的翻译产物在生物体内的生理学功能，以便更好地了解环形 RNA 的功能、以及翻译“暗物质”的生理功能。
