环状RNA (circRNA) 是一种非编码的RNA，在多种癌症中呈现普遍上调的趋势，其功能多样，包括充当miRNA海绵和蛋白海绵【1-2】。circRNA的失调与多种疾病的发生发展密切相关。然而，circRNA与mRNA的直接相互作用及其在基因表达调控中的作用仍需进一步探索。circHIPK3，作为一种肿瘤相关circRNA，在多种癌症中表达量增加，并常常与更激进的肿瘤表型相关，例如增殖和迁移能力增强【3-4】。circHIPK3的功能与其在mRNA上的结合位点密切相关，但其与mRNA的相互作用机制尚不明确。近日，来自意大利罗马圣比斯卡利亚大学查尔斯·达尔文生物与生物技术系的Irene Bozzoni研究团队和Manuel Beltran研究团队合作在Molecular Cell杂志上发表题为BRCA1 levels and DNA-damage response are controlled by the competitive binding of circHIPK3 or FMRP to the BRCA1 mRNA的研究论文，该研究揭示了circHIPK3通过与FMRP竞争性结合BRCA1 mRNA，从而增加BRCA1蛋白水平并调节DNA损伤反应。研究人员首先利用RNA pull-down实验，在横纹肌肉瘤细胞中鉴定了circHIPK3与多种mRNA的相互作用，其中包括BRCA1 mRNA。为了验证这些相互作用，他们进行了RNA测序，并发现circHIPK3与BRCA1 mRNA的相互作用在多个细胞系中均存在。进一步的研究发现circHIPK3与BRCA1 mRNA的结合位点位于circHIPK3的回文剪接区域和BRCA1 mRNA的最后一个编码外显子区域，这一结合位点与FMRP的结合位点重叠。circHIPK3敲低会导致BRCA1 mRNA与FMRP的结合增加，从而降低BRCA1蛋白水平。此外，circHIPK3敲低还会导致RD细胞中DNA损伤标志物γ-H2AX蛋白水平的升高，并增加DNA损伤，这表明circHIPK3可能通过调节BRCA1表达来影响DNA损伤修复。研究人员通过catRAPID预测和FMRP CLIP-seq数据，确定了FMRP是BRCA1 mRNA的结合蛋白。FMRP是一种RNA结合蛋白，已知它可以调控mRNA的稳定性、转运和翻译。该研究发现FMRP是BRCA1 mRNA的负调节因子，其抑制作用与circHIPK3的存在呈负相关。circHIPK3与BRCA1 mRNA的结合可以竞争性阻断FMRP的结合，从而促进BRCA1 mRNA的翻译。Ribo-Tag和聚核糖体分级实验表明，circHIPK3敲低会降低BRCA1 mRNA与核糖体的结合，而FMRP敲低则会增加这种结合。这表明circHIPK3通过竞争性结合FMRP来调节BRCA1 mRNA的翻译。进一步的研究发现降低circHIPK3的表达水平会导致RD细胞中的DNA损伤标志物γ-H2AX蛋白水平上升，并加剧DNA损伤。在U2OS细胞系中，circHIPK3的减少会降低DNA修复效率，包括同源重组（HR）和同源非末端连接（NHEJ）途径。此外，circHIPK3的降低会减少RD细胞在顺铂和阿霉素等DNA损伤诱导剂作用下的存活率，并增加细胞凋亡的发生。circHIPK3的降低还会降低RD细胞对他拉唑帕比等PARP抑制剂的耐受性，并促使BRCA1/2缺陷细胞与PARP抑制剂之间发生合成致死效应。这些发现表明，circHIPK3可能通过调节BRCA1的表达来影响DNA损伤修复过程，并调节细胞对DNA损伤诱导剂的敏感性。最后，研究人员在多种癌细胞系中验证了circHIPK3与BRCA1 mRNA的相互作用，并发现circHIPK3敲低会导致BRCA1蛋白水平下降，并增加细胞对DNA损伤诱导剂的敏感性。此外，在BRCA1杂合子乳腺癌细胞系中，LNA寡核苷酸阻断circHIPK3与BRCA1 mRNA的相互作用可以恢复BRCA1蛋白水平，并降低DNA损伤水平。这表明circHIPK3调节BRCA1 mRNA的机制可能用于逆转BRCA1缺陷表型，为治疗BRCA1缺陷相关癌症提供了新的思路。图1 circHIPK3与FMRP竞争性结合BRCA1 mRNA调控DNA损伤应答总之，该研究发现circHIPK3与FMRP竞争性结合BRCA1 mRNA，调节BRCA1表达和DNA损伤应答，为癌症治疗提供了新的靶点，包括增加BRCA1表达以提高对DNA损伤诱导剂的敏感性，以及恢复BRCA1缺陷细胞的DNA损伤应答。https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.09.016制版人：十一
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