撰文 | 啾啾椰
circRNA由 反向剪接形成，即外显子下游的5′剪接位点与上游的3′剪接位点连接，使中间外显子形成闭环RNA【1,2】。由于缺乏5′ cap与3′ poly(A)尾，circRNA对外切核酸酶具有天然抗性，因此稳定性极高。来自多个物种的RNA-seq研究显示，circRNA在衰老过程中持续积累【3】。部分circRNA被报道参与细胞衰老，神经退行性疾病，炎症反应，但作用机制还不清楚。
目前存在几个关键问题：circRNA随年龄积累是由于生成增加还是降解减少？circRNA积累是否真正参与并驱动衰老？
已经有研究表明，circRNA可以被部分核酸酶切，细胞在应激条件下形成的一种无膜RNA-蛋白凝聚体stress granule (SG) 参与circRNA代谢与降解，G3BP1等SG蛋白影响circRNA处理【4】。但仍缺乏circRNA特异降解酶的明确证据与circRNA积累导致衰老的因果机制。
近日，来自KAIST（韩国科学技术院）的Seung-Jae V. Lee、Yoon Ki Kim和Gwangrog Lee研究团队在Molecular Cell上发表题为Ribonuclease κ promotes longevityby preventing age-associated accumulationof circular RNA in stress granules的文章，发现circRNA积累是衰老的重要驱动因素之一，并提出维持circRNA代谢平衡有助于延缓衰老。
作者首先分析 C. elegans 不同年龄RNA-seq 数据，发现circRNA数量与丰度随年龄上升 ，circRNA/linear RNA 比值增加， circRNA降解速率随年龄下降，ribonuclease基因表达随年龄下降。这说明，circRNA积累主要由降解能力下降导致，而非转录增强。
随后，作者在 C. elegans体内（feeding RNAi体系）对70个核酸酶基因进行RNAi筛选，检测两个代表circRNA水平。他们发现，rnk-1（RNASEK[核酸酶κ]同源） 敲低 会导致circRNA显著上升，线性RNA无明显变化；而在rnk-1 + rnk-2 双敲除细胞中， circRNA进一步升高，circRNA/linear RNA 比值增加。因此得出结论，RNASEK是主要circRNA降解酶。
为了研究RNASEK在衰老中的作用，他们分别在在线虫、人细胞和小鼠中系统验证RNASEK功能。他们发现，线虫中rnk-1表达随年龄下降， rnk-1 RNAi 会导致线虫寿命缩短， rnk-1过表达会导致线虫寿命延长并改善运动与进食能力。在人成纤维细胞衰老时RNASEK下降，RNASEK 的敲除会导致p16/p21等衰老标志物的上升。小鼠Rnasek缺失会导致早衰表型。这些动物中的发现共同证明了，RNASEK具有进化保守的抗衰老功能。
为了直接证明RNASEK是circRNA切割核酸酶，他们用circRNA microarray实验发现RNASEK knockdown导致大量circRNA升高；在circRNA半衰期测定中发现RNASEK缺失延长circRNA稳定性；进行催化位点突变会导致RNASEK失去降解能力；在体外实验中发现纯化RNASEK可直接降解circRNA。他们同时还发现RNASEK在体内更偏向影响circRNA而非linear RNA。
那么，RNASEK这种cricRNA降解酶是如何发挥自己的抗衰功能的呢？因为circRNA定位于Stress granule（SG），实验显示RNASEK与HSP90、G3BP1相互作用，RNASEK的缺失会导致SG持续存在，RNASEK过表达会导致 SG减少。这说明RNASEK参与SG清除与动态调控。
为了完整构建circRNA积累导致SG异常并导致衰老的逻辑闭环，作者验证了几个关键机制，首先， circRNA积累会导致SG过度形成；删除circRNA 则 SG恢复正常，circRNA减少导致寿命延长，而RNASEK缺失造成的寿命下降可以被circRNA删除缓解。
据此，文章提出了完整的衰老模型：
年轻：
RNASEK高 → circRNA降解 → SG正常 → 细胞稳态 → 长寿
衰老：
RNASEK下降 → circRNA积累 → SG异常持续 → 衰老加速
图1:文章主要模型。
总之，本研究建立了circRNA 与 衰老的因果关系；发现circRNA特异降解酶 RNASEK；提出 circRNA-SG-aging 分子模型；并为神经退行性疾病与RNA靶向治疗提供潜在靶点。
https://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765(26)00095-X
制版人： 十一
参考文献
1. Cocquerelle, C., Mascrez, B., He ´ tuin, D., and Bailleul, B. (1993). Mis-splicing yields circular RNA molecules.FASEB J.7, 155–160. https://doi.org/10.1096/fasebj.7.1.7678559.
2. Liu, C.X., and Chen, L.L. (2022). Circular RNAs: Characterization, cellular roles, and applications.Cell185, 2016–2034. https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.04.021.
3. Cortes-Lopez, M., Gruner, M.R., Cooper, D.A., Gruner, H.N., Voda, A.I.,van der Linden, A.M., and Miura, P. (2018). Global accumulation of circRNAs during aging in Caenorhabditis elegans.BMC Genomics19, 8.https://doi.org/10.1186/s12864-017-4386-y.
4. Fischer, J.W., Busa, V.F., Shao, Y., and Leung, A.K.L. (2020). Structure-Mediated RNA Decay by UPF1 and G3BP1.Mol. Cell78, 70–84.e6.https://doi.org/10.1016/j.molcel.2020.01.021.
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