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來源：中國生物技術網 2022-06-13 10:05
環(huán)形RNA是一類在真核細胞中廣泛存在的內源性非編碼RNA分子，其在生物體發(fā)育過程中發(fā)揮著重要的作用。
環(huán)形RNA是一類在真核細胞中廣泛存在的內源性非編碼RNA分子，其在生物體發(fā)育過程中發(fā)揮著重要的作用。之前的研究已經在不同物種中鑒定出數(shù)百萬個環(huán)形RNA分子，并且產生了大量用于揭示生物體組織表達模式的環(huán)形RNA數(shù)據(jù)資源。然而，由于大多數(shù)環(huán)形RNA表達量較低，傳統(tǒng)的轉錄組測序方法無法表征單個細胞環(huán)形RNA表達譜系特征及異質性。近年來，單細胞全長轉錄組測序技術的發(fā)展，可以對單個細胞中環(huán)形RNA進行捕獲測定，盡管效率較低，但仍可部分揭示單細胞分辨率下環(huán)形RNA的表達模式。因此，單細胞水平的環(huán)形RNA表達及功能研究已成為該領域重點關注的問題。
中國科學院北京生命科學研究院趙方慶團隊在國際期刊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胞全長轉錄組測序數(shù)據(jù)集，實現(xiàn)了單細胞分辨率下環(huán)形RNA的高效識別及深度挖掘，基于大規(guī)模時空組學數(shù)據(jù)的整合分析，對環(huán)形RNA的細胞異質性進行了深入探究，揭示了環(huán)形RNA作為細胞類型標志物的應用潛力。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胞水平，為探索不同細胞類型中環(huán)形RNA的生物學功能提供了重要的數(shù)據(jù)資源和分析技術。
研究人員收集整理了來自于171個已發(fā)表的單細胞全長轉錄組數(shù)據(jù)集（圖1），包含人和小鼠中58種組織和細胞類型，共計172,137個細胞。同時，研究人員建立了基于單細胞轉錄組數(shù)據(jù)的環(huán)形RNA識別和整合分析方法，在人和小鼠中共識別出40,604和131,533個高度可靠的環(huán)形RNA分子?；谝陨蠑?shù)據(jù)所生成的單細胞環(huán)形RNA綜合表達圖譜，不僅為環(huán)形RNA的研究提供了強有力的數(shù)據(jù)支持，且為揭示環(huán)形RNA在不同細胞類型及發(fā)育階段的動態(tài)變化提供了重要資源。
圖1. 基于單細胞全長轉錄組的環(huán)形RNA識別和整合分析
該研究通過對單細胞數(shù)據(jù)中環(huán)形RNA的表達模式進行深度剖析，發(fā)現(xiàn)環(huán)形RNA在不同細胞類型上具有高度特異性。特別地是，通過對小鼠大腦不同細胞類型中環(huán)形RNA的表達進行分析，發(fā)現(xiàn)抑制性和興奮性神經元的差異性表達與RNA結合蛋白的表達具有高度相關性。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從母體來源至合子表達發(fā)生的動態(tài)轉變過程。
單細胞測序技術可有效的揭示腫瘤發(fā)展和轉移過程中細胞水平的異質性。研究人員基于20 名乳腺癌患者的單細胞數(shù)據(jù)集，揭示了環(huán)形RNA在正常和腫瘤細胞的上皮間質轉換過程中的表達規(guī)律和潛在功能。此外，研究人員篩選出人和小鼠中細胞類型特異性環(huán)形RNA，并驗證了其可作為生物標志物在解析腫瘤浸潤性免疫細胞中的適用性。最后，研究人員構建了目前首個單細胞環(huán)形RNA數(shù)據(jù)分析和資源平臺—circSC（http://circatlas.）（圖2），為環(huán)形RNA研究提供了獨特而重要的數(shù)據(jù)和技術基礎。
圖2. 環(huán)形RNA單細胞表達圖譜及數(shù)據(jù)平臺—circSC
趙方慶團隊主要致力于建立高效的算法模型和實驗技術，探索人體微生物與非編碼RNA的結構組成與變化規(guī)律，解析它們與人類健康和疾病的關系。近年來，相關成果先后發(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人體微生物與非編碼RNA多樣性、結構組成與功能的認識，并為相關數(shù)據(jù)挖掘及功能機制研究提供了重要方法學工具。
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