环状RNA翻译的调控网络及其产物的功能研究

Circular RNA(circRNA) is a class of special RNA that is widely found in plants and animals. Since it does not have no 5 ' and 3 ' ends, it is difficult to be translated. Thus a large number of studies shown that circRNA is one kind of non-coding RNA, and play important regulatory roles in cells. Our recent research has demonstrated that circRNA can also be translated to produce functional protein in cap-independent fashion by IRES or RNA methylation modification m6A. However, a large number of translatable circRNAs do not have IRES and m6A modification, indicating that translation of circRNA can be driven by other cis-elements. As a consequence, this study will be based on our previous research, and we will globally screen of cis-element for circRNA translation through constructing the translation regulator library; systematic identify the trans-factors which bound to cis-elements by mass spectrometry, and analyze interactions between trans-factors or trans-factors and cis-elements; and uncover the translation regulation and physiological function of endogenous circRNA encoded protein using molecular biology, biochemical and cell biological methods. This research will help us to better know the function of circRNA, and also help us to better understand the regulation network of cap-independent translation.

环状RNA是一类广泛存在于动植物中的特殊RNA。因其没有5'和3'末端的特性，故不易被翻译。因而大量研究认为环状RNA是一类非编码RNA，具有重要的调控作用。我们最近的研究却显示环状RNA可以通过IRES或RNA甲基化修饰m6A等元件以Cap非依赖性翻译的方式生产具有生物活性的蛋白质。然而大量可翻译的环状RNA中却没有已知的IRES和m6A修饰，表明其他顺式元件也可以驱动环状RNA的翻译。因而，本研究将在原有研究基础上，通过构建翻译调控元件文库，全局性筛选调控环状RNA翻译的顺式元件；利用RNA探针亲和富集和质谱方法，系统性鉴定顺式元件上结合的反式因子，全面解析调控因子间及其与顺式元件间的互作网络；采用分子生物学、生化和细胞生物学手段，详尽的解析内源性环状RNA的翻译调控及其产物的生理功能。本研究的开展将有助于我们更好的了解环状RNA的功能，同时也能帮助我们更好的理解cap非依赖性翻译的调

环状RNA是一类广泛存在于动植物中的特殊RNA。因其没有5'和3'末端，故不易被经典的翻译起始机制识别。因而大量研究认为环状RNA是一类非编码RNA，具有重要的调控作用。我们在研究中发现环状RNA可以通过IRES或RNA甲基化修饰m6A等元件以帽非依赖性翻译的方式生产具有生物活性的蛋白质。为进一步研究环状RNA的翻译调控机制，我们基于GFP环状RNA报告基因构建了包含随机短序列和人转录组片段的筛选文库，采用流式细胞仪分选和测序的方法鉴定了具有帽非依赖性翻译活性的顺式元件。在此基础上，通过合成带有顺式元件的RNA探针，利用亲和富集和质谱方法鉴定了与这些翻译起始元件结合的反式因子。进一步通过过表达和基因敲降等实验揭示了这些蛋白通过与环状RNA结合调控环状RNA翻译的机制。此外，我们还将RNA结合蛋白与Puf RNA识别结构域（可特异性结合8nt的RNA序列）融合构建了一系列人工RNA结合蛋白，将这些人工RNA结合蛋白与环状RNA翻译报告基因（含有Puf结合位点）共转染细胞，发现许多RNA结合蛋白可以参与环状RNA翻译的调控，进一步加深了我们对环状RNA翻译调控的了解。基于上述研究的结果，我们重新分析了蛋白质组学数据，从中鉴定了大量环状RNA编码的蛋白质，并通过生化和细胞实验证实了一些环状RNA编码的蛋白质具有特定的生物学活性。本研究通过系统性筛选发现了大量新的调控环状RNA翻译的顺式元件和反式因子，让我们进一步认识到了环状RNA翻译调控网络的复杂性，为全面了解环状RNA翻译调控机理打下了基础。同时，该研究也进一步揭示了人体内存在大量帽非依赖性翻译起始元件，它们与mRNA的翻译调控和细胞内蛋白质的多样性密切相关，为全面解析人体内“隐藏的蛋白质组”提供了重要线索。