什麼是環狀RNA?─從分子到神經細胞與小鼠的行為
除了作為信使以及進行解譯外，RNA的複雜性與多樣性近年逐漸被科學家所發掘，環狀RNA (Circular RNA, circRNA)與傳統線狀的RNA (linear RNA)不同，過去一度被認為是基因錯誤表達的產物。然而德國的Rajewsky教授等人的研究顯示，Cdr1as這種環狀RNA不只能調控小鼠大腦的microRNA(miRNA)，更進而影響神經元的活動以及小鼠的行為，甚至可能和睡眠障礙或是精神分裂症(schizophrenia)相關！結果發表在8月的Science期刊上。
生物體存在許多非編碼的RNA (non-coding RNA, ncRNA)，和各種生理調節密切相關，如2006年諾貝爾獎便是頒發給了RNA干擾(RNA interference, RNAi)的研究，送入雙股RNA(dsRNA)會導致同源基因的靜默，生物體便是藉著RNAi在RNA層級對抗病毒的感染。
circRNA主要來自基因外顯子(exon)，具有高度演化保守性(也就是在演化上變異不大)，廣泛且具組織特異性的存在不同細胞內。其數量甚至比線性異構體更多，同個基因可以有多個不同的circRNA，而環狀的結構讓其相對穩定許多，在功用上則目前研究顯示可能會轉譯蛋白質或是能夠當作海綿去吸附miRNA，調控miRNA的濃度，解除miRNA對於目標基因的抑制。
Cdr1as是很特別的一種circRNA，其從X染色體的反義股轉錄而來，沒有相對應的線性等價RNA，並且也沒有存在另一股的RNA。因此不易研究。Cdr1as主要存在於興奮性神經細胞的突觸內，具有70個以上的miR-7的結合位，而這個結合位僅結合miR-7的5’端的部分序列，因此不會被RNA酶降解，也會抑制miR-7去結合相對應的mRNA。另外Cdr1as也具有1個miR-671的結合位，不同的是這兩者會完全的結合，因此會被降解。顯示Cdr1as可能調控miR-7並受到miR-671調控。
研究人員利用CRISPR-Cas9剔除了公小鼠的Cdr1as，發現miR-7的數量下降，而miR-671的數量上升。miR-7的目標基因為即時早期基因(Immediate Early Genes, IEGs)如Fos等。這些IEGs是對於外界刺激反應最即時的基因，經過西方墨點法(Western blots)顯示隨著miR-7的下降，這些蛋白質的表現增加。
接著在神經細胞的電生理實驗顯示，Cdr1as的剔除，會導致自發性的囊泡釋放次數上升，會有兩倍以上的微小興奮突觸後電流(miniature excitatory postsynaptic currents, mEPSC)的頻率，而在連續的動作電位實驗中，會減少第二次動作電位造成的差異，這和基因剔除小鼠在前脈衝抑制實驗(Pre-pulse inhibition test)中表現較差相呼應。(前脈衝抑制實驗，指的是先有一個較小的刺激，則後面出現大的刺激時，引起的驚嚇就會較只有大的刺激時來的小。)Rajewsky教授指出，這種機制和訊息過濾有關，避免在吵雜的環境中崩潰，暗示著Cdr1as和精神分裂症等可能存在著相關性。
參考資料:
1. Monika Piwecka, et al; Loss of a mammalian circular RNA locus causes miRNA deregulation and affects brain function; Science (2017)
2. 科技大觀園<核醣核酸干擾–不容忽視的沉默>
3. Science Daily <Circular RNA linked to brain function>
4. Ling-Ling Chen; The biogenesis and emerging roles of circular RNAs; NATURE REVIEWS MOLECULAR CELL BIOLOGY(2016)
撰文者: 強敬哲 C.C. Charng
生物體存在許多非編碼的RNA (non-coding RNA, ncRNA)，和各種生理調節密切相關，如2006年諾貝爾獎便是頒發給了RNA干擾(RNA interference, RNAi)的研究，送入雙股RNA(dsRNA)會導致同源基因的靜默，生物體便是藉著RNAi在RNA層級對抗病毒的感染。
circRNA主要來自基因外顯子(exon)，具有高度演化保守性(也就是在演化上變異不大)，廣泛且具組織特異性的存在不同細胞內。其數量甚至比線性異構體更多，同個基因可以有多個不同的circRNA，而環狀的結構讓其相對穩定許多，在功用上則目前研究顯示可能會轉譯蛋白質或是能夠當作海綿去吸附miRNA，調控miRNA的濃度，解除miRNA對於目標基因的抑制。
Cdr1as是很特別的一種circRNA，其從X染色體的反義股轉錄而來，沒有相對應的線性等價RNA，並且也沒有存在另一股的RNA。因此不易研究。Cdr1as主要存在於興奮性神經細胞的突觸內，具有70個以上的miR-7的結合位，而這個結合位僅結合miR-7的5’端的部分序列，因此不會被RNA酶降解，也會抑制miR-7去結合相對應的mRNA。另外Cdr1as也具有1個miR-671的結合位，不同的是這兩者會完全的結合，因此會被降解。顯示Cdr1as可能調控miR-7並受到miR-671調控。
研究人員利用CRISPR-Cas9剔除了公小鼠的Cdr1as，發現miR-7的數量下降，而miR-671的數量上升。miR-7的目標基因為即時早期基因(Immediate Early Genes, IEGs)如Fos等。這些IEGs是對於外界刺激反應最即時的基因，經過西方墨點法(Western blots)顯示隨著miR-7的下降，這些蛋白質的表現增加。
接著在神經細胞的電生理實驗顯示，Cdr1as的剔除，會導致自發性的囊泡釋放次數上升，會有兩倍以上的微小興奮突觸後電流(miniature excitatory postsynaptic currents, mEPSC)的頻率，而在連續的動作電位實驗中，會減少第二次動作電位造成的差異，這和基因剔除小鼠在前脈衝抑制實驗(Pre-pulse inhibition test)中表現較差相呼應。(前脈衝抑制實驗，指的是先有一個較小的刺激，則後面出現大的刺激時，引起的驚嚇就會較只有大的刺激時來的小。)Rajewsky教授指出，這種機制和訊息過濾有關，避免在吵雜的環境中崩潰，暗示著Cdr1as和精神分裂症等可能存在著相關性。
參考資料:
1. Monika Piwecka, et al; Loss of a mammalian circular RNA locus causes miRNA deregulation and affects brain function; Science (2017)
2. 科技大觀園<核醣核酸干擾–不容忽視的沉默>
3. Science Daily <Circular RNA linked to brain function>
4. Ling-Ling Chen; The biogenesis and emerging roles of circular RNAs; NATURE REVIEWS MOLECULAR CELL BIOLOGY(2016)
撰文者: 強敬哲 C.C. Charng
請問Cdr1as剔除後，減少了對mir-7的調控，為甚麼mir-7表現量不是上升反而是下降呢
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