Mol Cell | 薛願超團隊最新成果：circRNA-RNA互作全景圖譜，揭示P-body介導的翻譯抑製機製
環形RNA（circRNA）是一類主要通過前體mRNA反向剪接形成的共價閉合RNA分子。盡管近年來研究發現circRNA在組織發育、癌症及免疫調節中發揮重要作用，且部分高表達的circRNA（如CDR1as）在進化上高度保守，但學術界對其靶標全景（target repertoire）及作用機製的理解仍相對匱乏。目前的主流觀點主要集中在circRNA作為miRNA海綿或RNA結合蛋白（RBP）的支架功能上，而關於circRNA是否能通過直接堿基互補配對廣泛調控其他RNA的研究受到技術限製，以往的方法分辨率低且難以精確定位結合位點。
此外，細胞內的無膜細胞器在RNA代謝中扮演關鍵角色。雖然已知circRNA在腦組織中高度富集且十分穩定，但它們是否參與以及如何參與無膜細胞器內的RNA互作網絡尚不清楚。因此，circRNA是否能通過直接堿基配對與其他RNA互作？這種互作是否與其亞細胞定位通過協同機製調控基因表達？
2026年02月16日，中國科學院生物物理研究所薛願超研究員團隊在《Molecular Cell》上發表了題為“Global mapping of circRNA-target RNA interactions reveal P-body-mediated translational repression”的重要研究。該研究開發了一套全新的計算分析流程circTargetMap，利用RIC-seq數據構建了轉錄組範圍內的circRNA-靶標RNA互作圖譜。研究團隊在多個細胞係和海馬組織中鑒定了超過11萬個高置信度互作，發現絕大多數靶標mRNA被多個circRNA結合。功能上，研究揭示了CDR1as和circRMST等circRNA通過序列特異性的堿基互補配對，將靶標mRNA隔離至P-body（Processing bodies）中從而抑製其翻譯，該過程不依賴於miRNA或AGO2/DICER途徑。為進一步驗證，團隊開發了GRIC-seq技術直接捕獲顆粒內的RNA互作，證實了這是一種普遍存在的P-body介導的翻譯抑製機製。此外，研究還發現致病性變異顯著富集在circRNA與靶標RNA的結合位點，提示該機製在疾病發生中的潛在作用。
研究技術路線
主要研究結果
1. 全局繪製circRNA-靶標RNA互作圖譜
研究團隊首先開發了名為circTargetMap的計算分析流程，旨在從RIC-seq數據中係統性鑒定circRNA與其他RNA的相互作用。該策略通過識別跨越circRNA反向剪接位點以及全長序列的嵌合體reads，並結合蒙特卡洛模擬去除背景噪聲，成功在10種人類細胞係及海馬組織中繪製了高分辨率的互作圖譜。分析共鑒定出117,163個高置信度互作，發現絕大多數靶標mRNA被多個circRNA結合，揭示了circRNA廣泛的靶向能力。此外，該方法精準重現了CDR1as與miR-7及miR-671的已知互作，驗證了策略的可靠性。
2. circRNA在轉錄後水平抑製靶標mRNA的翻譯效率
為探究circRNA對靶標RNA的調控功能，研究結合了shRNA敲低、RNA-seq和Ribo-seq（核糖體印跡測序）技術。結果顯示，在hNPC來源的神經元中敲低CDR1as、circRMST或circMAN1A2後，其靶標mRNA的轉錄水平未發生顯著變化，但靶標蛋白水平顯著上升。全基因組分析進一步證實，CDR1as敲低導致其靶標基因的翻譯效率特異性增加，而mRNA豐度保持穩定，表明circRNA主要通過抑製翻譯而非促進降解來調控靶標基因表達。
3. 翻譯抑製依賴於序列特異性堿基配對與環狀拓撲結構
機製研究表明，circRNA對翻譯的抑製作用是直接且特異的。通過雙熒光素酶報告係統和CRISPR-Cas9基因編輯，研究證實circRNA與靶標mRNA之間的直接堿基互補配對是抑製翻譯的必要條件。破壞結合位點會解除抑製，而引入補償性突變恢複配對則能重新建立抑製。此外，在AGO2或DICER敲除細胞中該抑製作用依然存在，排除了miRNA途徑的參與。而且隻有閉合環狀的circRNA能發揮此功能，線性同源序列無效，揭示了環狀拓撲結構的重要性。
4. circRNA通過招募靶標mRNA進入P-body實現物理隔離
為解析翻譯抑製的亞細胞空間機製，研究團隊利用ChIRP-MS技術鑒定了CDR1as的結合蛋白，發現其顯著富集P-body（加工小體）的核心組分。IF/smFISH（高分辨率成像）顯示，CDR1as與靶標mRNA在神經元胞質中與P-body標記物DDX6高度共定位。功能缺失實驗表明，敲低CDR1as導致靶標mRNA脫離P-body，而破壞P-body核心蛋白則完全阻斷了circRNA介導的翻譯抑製。這表明circRNA起到了“分子穿梭機”的作用，將靶標mRNA隔離至P-body中以阻止核糖體裝載。
5. GRIC-seq揭示P-body內廣泛的circRNA介導調控
為了直接捕獲無膜細胞器內的RNA互作，研究開發了GRIC-seq（Granule RIC-seq）技術。通過FAPS流式分選或免疫沉澱純化P-body，並在其內部進行原位鄰近連接和測序，研究團隊繪製了P-body特異性的RNA互作圖譜。數據表明，P-body內部富集了數千種circRNA及其靶標mRNA。與非靶標對照相比，這些被circRNA招募至P-body的mRNA在全轉錄組水平上表現出顯著更低的翻譯效率，證實了這是一種普遍存在的基因表達調控模式。
6. 致病性變異富集於circRNA結合位點
通過將GWAS及ClinVar數據庫中的變異位點映射到互作圖譜，研究發現致病變異顯著富集在circRNA與靶標RNA的結合區域。計算分析表明，約27%的circRNA側變異和15%的靶標側變異會顯著改變RNA雙鏈的結合能（|ΔMFE|≥ 3 kcal/mol）。例如，ACADM基因上的一個致病性缺失突變削弱了其與CDR1as的結合。這些高影響變異與癌症、神經係統疾病等密切相關，提示破壞circRNA-RNA互作可能是某些遺傳疾病的致病機理。
該研究通過開發circTargetMap計算流程和GRIC-seq實驗技術，首次在轉錄組尺度繪製了circRNA與靶標RNA的互作全景圖，揭示了circRNA在“miRNA海綿”之外的全新功能模式：即作為分子伴侶通過序列特異性堿基互補配對識別靶標mRNA，並將其招募至P-body這一無膜細胞器中。與線性RNA不同，該機製高度依賴於circRNA的閉合環狀拓撲結構，最終導致靶標mRNA在P-body內發生翻譯抑製而非降解。該發現不僅解析了P-body作為mRNA儲存及翻譯抑製中心的分子基礎，還闡明了無膜細胞器內RNA互作網絡的普遍調控規律。重要的是，研究發現大量破壞這種互作穩定性的致病性遺傳變異與神經係統疾病及癌症密切相關，提示circRNA介導的亞細胞定位和翻譯調控在維持細胞穩態中起關鍵作用，為相關疾病的診療提供了潛在的RNA幹預靶點。
