环状RNA(circRNA)调控靶基因的机制包括海绵吸附miRNA调控RNA稳定性或翻译,与蛋白互作调控蛋白质功能,编码蛋白发挥作用,与DNA或转录因子互作调控转录等。本期主要聊一聊circRNA的调控转录。
circRNA转录调控机制启动子区域是转录调控中研究最广泛的特定区域。circRNAs可以通过与RNA聚合酶II (Pol II)结合、募集蛋白质或形成R-loop靶向宿主基因的转录调控区域,从而正向或负向调节宿主基因的转录。
图1 circRNAs在转录水平上调控宿主基因的表达。[1]
01结合poly II促进宿主基因的转录活性
ciRNA(内含子环状RNA) ci-ankrd52、ci-mcm5和ci-sirt7主要富集于其宿主基因的转录位点,这些位点与RNA Pol II介导的转录延伸有关,是宿主基因的正向转录调控因子,可增强宿主基因的表达。[2]
circEIF3J和circPAIP2这两个EIciRNA(外显子-内含子环状RNA)能与RNA Pol II、U1 snRNP和宿主基因启动子互作,通过形成正反馈回路以顺式作用方式增强宿主基因的转录水平。[3]
02招募蛋白质调节宿主基因的表达
某些circRNA上存在高度特异性的蛋白结合位点,可以作为蛋白质诱饵、支架和招募者,将单个或多个蛋白招募到靶启动子的特定区域,从而调节宿主基因的转录激活和表达。这些蛋白质类型包括RNA结合蛋白(RBP)、DNA去甲基化酶和DNA甲基转移酶。
募集蛋白激活宿主基因转录
circ-CUX1可与EWS RNA结合蛋白1 (EWSR1)结合,促进EWSR1与MYC相关锌指蛋白(MAZ)互作,诱导MAZ的转录激活及宿主基因CUX1和其它相关基因的转录调控,从而促进有氧糖酵解和神经母细胞瘤的恶性进展。[4]
circRNA FECR1可通过招募DNA去甲基化酶TET1,结合宿主基因FLI1启动子,诱导DNA去甲基化。此外,circRNA FECR1还结合并下调DNA甲基转移酶DNMT1,诱导启动子CpG岛的低甲基化激活FLI1转录,从而促进乳腺癌细胞的侵袭能力。[5]
海绵吸附RBP抑制宿主基因的转录
circ-HUR与CCHC型锌指核酸结合蛋白(CNBP)的RGG结构域相互作用,抑制其与HuR启动子的结合,从而抑制HuR的转录,导致其宿主基因HuR下调,抑制体外和体内胃癌的生长和侵袭性。[6]
03形成R-loop调节宿主基因的表达
R-loop是一种特殊的染色质结构,由RNA-DNA杂交和被取代的单链DNA组成,通常由RNA聚合酶停顿或RNA生物发生功能障碍导致。R-loop可以干扰DNA的复制、修复和转录。circRNAs可通过DNA杂交或形成R-loop,提高同源外显子缺陷mRNA的切割效率,这不仅影响线性转录物丰度,还产生mRNA陷阱,从而暂停转录和改善剪接因子。
怎么研究circRNA的转录调控?
看文献,学思路↓↓↓
标题:hsa_circ_0007919 induces LIG1 transcription by binding to FOXA1/TET1 to enhance the DNA damage response and promote gemcitabine resistance in pancreatic ductal adenocarcinoma [7]
杂志:Molecular Cancer
单位:徐州医科大学附属医院
PS:该研究中RIP试剂盒由吉赛生物提供
环状RNA (circRNAs)在癌症的发生发展和化疗耐药中发挥着重要作用。DNA损伤修复有助于癌细胞增殖和抵抗化疗诱导细胞凋亡。研究鉴定出在耐吉西他滨(GEM)的胰腺导管腺癌(PDAC)组织和细胞中表达上调的 hsa_circ_0007919。hsa_circ_0007919招募FOXA1和TET1降低LIG1启动子的甲基化并促进其转录,进一步促进碱基切除修复、错配修复和核苷酸切除修复。Hsa_circ_0007919通过依赖LIG1的方式促进DNA损伤修复,从而促进GEM耐药,维持细胞存活。
主要研究思路
NGS:hsa_circ_0007919在GEM耐药PDAC组织中显著上调
细胞实验:hsa_circ_0007919调控细胞增殖/凋亡,及GEM的敏感性
RNA-seq:LIG1与hsa_circ_0007919表达呈正相关
细胞实验:hsa_circ_0007919诱导LIG1表达,激活DNA损伤修复途径,增强GEM耐药
FISH/核质分离:hsa_circ_0007919主要分布在细胞核
circAtlas/SPP/STRING数据库预测:FOXA1与hsa_circ_0007919/LIG1启动子/TET1
蛋白互作
Co-IP实验:FOXA1与TET1蛋白互作
RIP/ChIRP实验:hsa_circ_0007919可与FOXA1和TET1结合
JASPAR/MethPrimer 2.0数据库预测:FOXA1与LIG1启动子CpG岛区域互作
ChIP实验:FOXA1和TET1与LIG1启动子的-1273至-1411区域结合
荧光素酶报告基因实验:hsa_circ_0007919通过结合FOXA1和TET1增强LIG1的转录
上述研究思路可见,研究circRNA或者其它RNA(如lncRNA)转录调控最关键的技术如下:
吉赛生物新产品Co-IP和ChIP试剂盒重磅来袭!!助力您轻松研究转录调控~
ChIP试剂盒
① 胞内反应:使用抗体免疫沉淀胞内蛋白-DNA复合物,真实反应细胞生理状态;
② 流程简便:操作简便;
③ 时间周期短:整个实验流程<8h。
Co-IP试剂盒
① 方便快捷:整个实验流程<8h;
② 捕获效率高,重复性高。
参考文献
[1] Wei J, et al. Understanding the roles and regulation patterns of circRNA on its host gene in tumorigenesis and tumor progression. J Exp Clin Cancer Res. 2023;42(1):86.[2] Zhang Y, et al. Circular intronic long noncoding RNAs. Mol Cell. 2013;51(6):792-806.[3] Li Z, et al. Exon-intron circular RNAs regulate transcription in the nucleus. Nat Struct Mol Biol. 2015;22(3):256-64.[4] Li H, et al. Therapeutic targeting of circCUX1/EWSR1/MAZ axis inhibits glycolysis and neuroblastoma progression. EMBO Mol Med. 2019;11(12):e10835.[5] Chen N, et al. A novel FLI1 exonic circular RNA promotes metastasis in breast cancer by coordinately regulating TET1 and DNMT1. Genome Biol. 2018;19(1):218.[6] Yang F, et al. Circ-HuR suppresses HuR expression and gastric cancer progression by inhibiting CNBP transactivation. Mol Cancer. 2019;18(1):158.[7] Xu L, et al. hsa_circ_0007919 induces LIG1 transcription by binding to FOXA1/TET1 to enhance the DNA damage response and promote gemcitabine resistance in pancreatic ductal adenocarcinoma. Mol Cancer. 2023;22(1):195.