來(lái)源：中國(guó)生物技術(shù)網(wǎng) 2022-06-13 10:05
環(huán)形RNA是一類在真核細(xì)胞中廣泛存在的內(nèi)源性非編碼RNA分子，其在生物體發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。
環(huán)形RNA是一類在真核細(xì)胞中廣泛存在的內(nèi)源性非編碼RNA分子，其在生物體發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。之前的研究已經(jīng)在不同物種中鑒定出數(shù)百萬(wàn)個(gè)環(huán)形RNA分子，并且產(chǎn)生了大量用于揭示生物體組織表達(dá)模式的環(huán)形RNA數(shù)據(jù)資源。然而，由于大多數(shù)環(huán)形RNA表達(dá)量較低，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序方法無(wú)法表征單個(gè)細(xì)胞環(huán)形RNA表達(dá)譜系特征及異質(zhì)性。近年來(lái)，單細(xì)胞全長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，可以對(duì)單個(gè)細(xì)胞中環(huán)形RNA進(jìn)行捕獲測(cè)定，盡管效率較低，但仍可部分揭示單細(xì)胞分辨率下環(huán)形RNA的表達(dá)模式。因此，單細(xì)胞水平的環(huán)形RNA表達(dá)及功能研究已成為該領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。
中國(guó)科學(xué)院北京生命科學(xué)研究院趙方慶團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊Nature Communications上發(fā)表了題為“Exploring the cellular landscape of circular RNAs using full-length single-cell RNA sequencing”的研究論文。該研究基于海量單細(xì)胞全長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)集，實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞分辨率下環(huán)形RNA的高效識(shí)別及深度挖掘，基于大規(guī)模時(shí)空組學(xué)數(shù)據(jù)的整合分析，對(duì)環(huán)形RNA的細(xì)胞異質(zhì)性進(jìn)行了深入探究，揭示了環(huán)形RNA作為細(xì)胞類型標(biāo)志物的應(yīng)用潛力。該研究將目前環(huán)形RNA研究從傳統(tǒng)組織水平提升至單細(xì)胞水平，為探索不同細(xì)胞類型中環(huán)形RNA的生物學(xué)功能提供了重要的數(shù)據(jù)資源和分析技術(shù)。
研究人員收集整理了來(lái)自于171個(gè)已發(fā)表的單細(xì)胞全長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集（圖1），包含人和小鼠中58種組織和細(xì)胞類型，共計(jì)172,137個(gè)細(xì)胞。同時(shí)，研究人員建立了基于單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的環(huán)形RNA識(shí)別和整合分析方法，在人和小鼠中共識(shí)別出40,604和131,533個(gè)高度可靠的環(huán)形RNA分子。基于以上數(shù)據(jù)所生成的單細(xì)胞環(huán)形RNA綜合表達(dá)圖譜，不僅為環(huán)形RNA的研究提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持，且為揭示環(huán)形RNA在不同細(xì)胞類型及發(fā)育階段的動(dòng)態(tài)變化提供了重要資源。
圖1. 基于單細(xì)胞全長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄組的環(huán)形RNA識(shí)別和整合分析
該研究通過(guò)對(duì)單細(xì)胞數(shù)據(jù)中環(huán)形RNA的表達(dá)模式進(jìn)行深度剖析，發(fā)現(xiàn)環(huán)形RNA在不同細(xì)胞類型上具有高度特異性。特別地是，通過(guò)對(duì)小鼠大腦不同細(xì)胞類型中環(huán)形RNA的表達(dá)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)抑制性和興奮性神經(jīng)元的差異性表達(dá)與RNA結(jié)合蛋白的表達(dá)具有高度相關(guān)性。此外，研究人員在胚胎發(fā)育的不同階段觀察到特征性環(huán)形RNA，并揭示了環(huán)形RNA從母體來(lái)源至合子表達(dá)發(fā)生的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程。
單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)可有效的揭示腫瘤發(fā)展和轉(zhuǎn)移過(guò)程中細(xì)胞水平的異質(zhì)性。研究人員基于20 名乳腺癌患者的單細(xì)胞數(shù)據(jù)集，揭示了環(huán)形RNA在正常和腫瘤細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的表達(dá)規(guī)律和潛在功能。此外，研究人員篩選出人和小鼠中細(xì)胞類型特異性環(huán)形RNA，并驗(yàn)證了其可作為生物標(biāo)志物在解析腫瘤浸潤(rùn)性免疫細(xì)胞中的適用性。最后，研究人員構(gòu)建了目前首個(gè)單細(xì)胞環(huán)形RNA數(shù)據(jù)分析和資源平臺(tái)—circSC（http://circatlas.biols.ac.cn）（圖2），為環(huán)形RNA研究提供了獨(dú)特而重要的數(shù)據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。
圖2. 環(huán)形RNA單細(xì)胞表達(dá)圖譜及數(shù)據(jù)平臺(tái)—circSC
趙方慶團(tuán)隊(duì)主要致力于建立高效的算法模型和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，探索人體微生物與非編碼RNA的結(jié)構(gòu)組成與變化規(guī)律，解析它們與人類健康和疾病的關(guān)系。近年來(lái)，相關(guān)成果先后發(fā)表在Cell (2020)、Gut (2022, 2020, 2018)、Nature Biotechnology (2021)、Nature Computational Science (2022)、Nature Communications (2022a, 2022b, 2021, 2020, 2017, 2016)、Genome Biology (2021, 2020, 2016)、Mol Biol Evol (2022)、ISME J (2019)等期刊上。這些研究豐富了我們對(duì)人體微生物與非編碼RNA多樣性、結(jié)構(gòu)組成與功能的認(rèn)識(shí)，并為相關(guān)數(shù)據(jù)挖掘及功能機(jī)制研究提供了重要方法學(xué)工具。
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