综述：RNA解旋酶在circRNA生物发生和调控中的作用

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Gene Regulatory Mechanisms》：Role of RNA helicases in circRNA biogenesis and regulation

RNA解旋酶通过重塑RNA结构和调控剪接因子招募，影响圆RNA的生物合成、稳定性和功能，在疾病治疗中具有潜力。

　　

Musaed Hamood Al-subari|Yugang Xiao|Qubo Zhu

中南大学湘雅药学院，中国湖南长沙410013

摘要

RNA解旋酶是一类基本的ATP依赖性酶，能够重塑RNA结构和核糖核蛋白复合物。最近的研究表明，RNA解旋酶是环状RNA（circRNA）网络的关键调节因子，circRNA在基因表达中起着稳定作用，并对疾病发生有重要影响。本研究整合了结构、机制和功能方面的见解，探讨了RNA解旋酶家族如何调节circRNA的生物发生、稳定性和功能。越来越多的证据表明，RNA解旋酶可以通过重塑内含子结构（如DHX9的抑制作用）来抑制circRNA的生物发生，或者通过DDX5/DDX17促进其生物发生，后者通过招募剪接因子（如QKI、SRSF1）并稳定剪接体组装来实现这一过程。我们还强调了RNA解旋酶在调控circRNA稳定性及降解中的作用，例如EIF4A3、DDX5和DDX17可以通过阻断降解因子来保护circRNA免受降解；同时，circRNA也可以通过相互作用来调节翻译过程。在这篇综述中，我们总结了RNA解旋酶家族的结构及其在circRNA生物发生中的作用，探讨了它们在circRNA调控中的广泛作用，并提出RNA解旋酶作为潜在的治疗靶点，为生物标志物的开发和基于RNA的疗法提供了新的途径。

引言

RNA解旋酶是一类基本的酶，在RNA代谢和调控中发挥着关键作用，它们利用核苷三磷酸（NTP）水解释放的能量来重塑RNA二级结构和RNA-蛋白质复合物[1]、[2]。这些酶的活性几乎涉及RNA生物学的所有方面，包括转录、剪接、翻译、运输、核糖体生物发生以及RNA降解[3]。尽管功能多样，但这些酶都具有一种保守的催化核心，能够促进核糖核蛋白复合物（RNPs）的结构重排，它们破坏或稳定RNA结构的能力对于RNA加工和翻译的准确性至关重要[4]、[5]。从结构上看，SF1和SF2超家族的RNA解旋酶具有一个由两个RecA样结构域组成的双叶核心。该家族中的关键成员，如DEAD-box、DEAH/RHA和Ski2样解旋酶，专门负责操纵结构化的RNA和RNPs[6]。这些核心结构域通常两侧有较大的N端和C端延伸区，赋予它们特定的功能，例如核酸酶活性。例如，DEAD-box解旋酶通常在核糖体组装和mRNA翻译过程中解开短RNA双链[7]、[8]，而DEAH-box解旋酶则在剪接和降解途径中发挥更广泛的RNA重塑作用[9]、[10]。

除了基本功能外，RNA解旋酶还与多种疾病有关，包括病毒感染和癌症[11]。某些解旋酶（如DDX3）具有双重功能，既能参与病毒复制，又能增强宿主的免疫防御（如干扰素-β（IFN-β）的产生）。相反，HIV和丙型肝炎等病毒会利用特定的宿主解旋酶来促进自身的复制周期[12]。在癌症中，RNA解旋酶的失调会通过改变RNA稳定性和基因表达来驱动肿瘤发生。例如，DDX21的表达增加与频繁的染色体交换和基因组片段化有关。从机制上看，DDX21的异常过表达会通过延迟同源重组和增加复制压力来触发不适当的修复过程，最终导致基因组不稳定和肿瘤发生。因此，RNA解旋酶成为新型抗病毒和抗癌治疗策略的有希望的靶点[11]、[13]。

最近的研究扩展了RNA解旋酶的功能范围，发现它们在环状RNA（circRNA）生物发生中也起着关键作用[14]。它们解开双链RNA的能力对于调控circRNA的产生至关重要[15]、[16]，这一过程的破坏会改变circRNA的水平，从而影响细胞功能。例如，抑制解旋酶cSMARCA5会抑制肝细胞癌细胞的生长和迁移，这突显了针对circRNA通路的治疗潜力[17]。circRNA是一种内源性RNA分子，具有共价闭合的环状结构，这是通过外显子或内含子的反向剪接形成的[18]。circRNA的一个显著特征是缺乏5′帽和3′多聚腺苷尾[19]，这使它们对外切核酸酶具有极强的抗性，从而比其他RNA分子具有更长的半衰期[20]。这种稳定性使circRNA成为生物标志物开发和治疗干预的理想候选对象[21]。circRNA可以通过作为microRNA的“海绵”或与RNA结合蛋白（RBPs）相互作用来调节基因表达，这依赖于RNA解旋酶解开配对的RNA序列以实现环化[22]、[23]。

特定RNA解旋酶在circRNA生物发生中的参与是复杂且依赖于具体情境的。例如，DHX9通过与阻碍外显子环化的反向重复序列相互作用来抑制circRNA的形成。DHX9的失调与肺癌腺癌和膀胱癌等癌症有关，其中circRNA水平的改变会影响肿瘤进展和患者预后[24]；EIF4A3促进circRNA的环化，并与多种恶性肿瘤的病情进展有关[25]、[26]。例如，胃癌中的miR-29b-3p/ITGA11轴通过产生由EIF4A3调控的circRNA_100290来促进细胞增殖、侵袭和上皮-间质转化（EMT）[27]。同样，EIF4A3诱导的circRNA（circMMP9）通过靶向miR-124来增强胶质母细胞瘤（GBM）的增殖、侵袭和转移，这为GBM的治疗提供了潜在的靶点[28]、[29]。在乳腺癌中，hsa_circ_0088088受EIF4A3的正向调控，通过miR-135-5p的“海绵”效应促进肿瘤生长和转移[30]。相反，EIF4A3调控的circRNA（hsa_circ_0001445）通过miR-432-5p依赖性的RGMA表达上调来抑制喉鳞状细胞癌（LSCC）的进展[31]。

在这项研究中，我们系统地探讨了RNA解旋酶在circRNA生物发生中的广泛作用。通过研究这些酶如何影响circRNA的稳定性和功能，我们旨在阐明调控circRNA的新策略。这项研究有望为circRNA生物发生的机制提供新的见解，并为以circRNA失调为特征的疾病找到潜在的治疗途径。最终，深入理解RNA解旋酶与circRNA之间的相互作用可能揭示基本的生物学原理，并为将这些发现转化为实际的临床应用铺平道路。

章节摘录

RNA解旋酶：RNA代谢途径的基本调节因子

RNA解旋酶是重要的ATP依赖性酶，它们在整个细胞代谢过程中调节RNA的结构和功能。通过解开RNA或重塑RNA-蛋白质复合物，确保RNA的准确加工、运输、翻译和降解。本节探讨了关键的RNA解旋酶家族及其在维持RNA稳态和细胞功能中的关键作用。

CircRNA的生物发生和功能作用

本节概述了circRNA通过反向剪接机制和结构多样性产生的过程，随后探讨了它们的功能作用及其在细胞过程和疾病途径中的影响。这些见解共同强调了circRNA在分子生物学中的重要性和治疗潜力。

RNA解旋酶在circRNA调控中的作用

RNA解旋酶在circRNA代谢的调控中起着至关重要的作用。它们通过重塑RNA结构、促进反向剪接以及调节与剪接因子和降解机制的相互作用来影响circRNA的生物发生、稳定性和功能。本节突出了RNA解旋酶在circRNA形成及其调控中的核心作用。

RNA解旋酶与疾病中的circRNA作用

RNA解旋酶-circRNA相互作用的失调会破坏circRNA的生物发生、稳定性和功能，从而导致疾病的发生和发展。通过重塑circRNA网络和下游信号通路，RNA解旋酶可以根据细胞环境产生保护性或致病性效应。本节总结了解旋酶-circRNA失调的机制基础，并强调了其在疾病中的临床相关性。

结论

RNA解旋酶已成为环状RNA（circRNA）代谢的核心ATP依赖性调控因子，能够精确控制其生物发生、稳定性和功能。这篇综述综合了相关证据，将解旋酶定位为circRNA生物学核心机制中的动态调节因子。作为分子重塑器，它们解开双链RNA结构，消除抑制性的内含子二级结构，并促进构象重排。

缩写

AGO
Argonaute
circRNA
环状RNA
EJC
外显子连接复合体
IRES
核糖体内部进入位点
m⁶A
N⁶-甲基腺苷
miRNA
微小RNA
NMD
无义介导的降解
RBP
RNA结合蛋白
RIG-I
视黄酸诱导基因I
RNP
核糖核蛋白
SF
超家族
EcircRNA
外显子circRNA
EIciRNA
外显子-内含子circRNA
EMT
上皮-间质转化
GBM
胶质母细胞瘤
HCC
肝细胞癌
LUAD
肺癌腺癌
MBL
Muscleblind
NSD
非终止降解
ORF
开放阅读框
SuRE
抗监测元件

CRediT作者贡献声明

Musaed Hamood Al-subari：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿。Yugang Xiao：撰写——审稿与编辑。Qubo Zhu：撰写——审稿与编辑，概念构思。

出版同意

不适用。

资助资源

本研究得到了中国国家自然科学基金（32570666）和中国国家自然科学基金（32270609）的支持。

利益冲突声明

所有作者声明没有利益冲突。

致谢

我们感谢中国国家自然科学基金（32570666）和中国国家自然科学基金（32270609）的支持。