近期，Molecular Cell和Cell Research刊登了三篇有关环状RNA具有翻译能力的研究，可谓一石激起千层浪，打破了传统的环状RNA编码RNA的概念，进一步拓展了环状RNA的功能，丰富了蛋白质组的组成，意义重大。由此，我们不禁要问，其他的非编码RNA，特别是长非编码RNA，拥有与mRNA类似的结构和小的阅读框，是否也具有编码的能力呢?有趣的是，虽然长非编码RNA一经鉴定出来就被定义为非编码RNA，但是关于它们编码潜能的探索，却没有停止。
小编将通过9幅图，给大家梳理环状RNA和长非编码RNA翻译能力的研究进展。需要注意的是，虽然已有个别非编码RNA被实验证明可以翻译出小肽，有大量非编码RNA被生物信息学预测可以翻译出小肽，但也有研究发现，绝大部分非编码RNA即使结合在核糖体上，也仍然是不翻译的。这两个阵营的研究都在9幅图里，希望帮大家快速了解有关非编码RNA的编码研究。
中国科学院王泽峰研究员在Cell Research上发表题为《Extensive translation of circular RNAs driven by N6-methyladenosine》的研究论文，发现环状RNA上的甲基化修饰m6A可以驱动非帽依赖性的翻译机制来合成蛋白质。RNA m6A修饰是近年来RNA表观遗传学的研究热点，越来越多的研究发现m6A与胚胎发育和疾病，特别是肿瘤，都密切相关。RNA m6A的研究多集中在mRNA上，可影响mRNA的翻译效率和稳定性，而环状RNA上的m6A修饰，此前尚属空白。王泽峰研究员此前已发现在环状RNA上插入IRES(核糖体进入位点)序列可促进环状RNA的翻译，然而在对照序列样品中，竟然也发现有蛋白的翻译。通过对这个看似矛盾的现象进行仔细的分析，研究人员发现所有的对照序列竟然都包含m6A修饰位点，这提示m6A修饰可促进环状RNA的翻译(图1)。
研究人员通过分析MeRIP-seq数据，证明內源环状RNA确实含有m6A修饰，并利用IP，RIP和CLIP-seq等技术，发现m6A的阅读蛋白YTHDF3可与翻译起始因子eIF4G2高结合，促进翻译(图2)。
以上实验证明在体外构建含m6A修饰的环状RNA，导入细胞后可以翻译，那么内源的含m6A修饰的环状RNA是否可以翻译呢?遗憾的是，研究人员在对蛋白质组的质谱进行分析后，并未找到符合他们预测的环状RNA编码的肽段。
如果说找到内源可翻译的环状RNA是为它摘掉“非编码”帽子的，那么接下来这两篇Molecular Cell的文章可以说大大减少了上篇文章的遗憾。
研究者首先通过RNA测序技术，在人和老鼠的肌肉发育模型中鉴定到一系列差异表达的环状RNA，通过大规模的功能筛选，最终确定circ-ZNF609在肌肉发育中扮演重要角色。在探究circ-ZNF609促进肌肉发育的机制时，研究人员惊喜的发现circ-ZNF609具有阅读框，暗示其具有编码蛋白的能力。将体外构建的含FLAG标签的环状RNA载体导入细胞后，通过western blot的检测，可以看到在目的有明显的条带，说明人工构建的带FLAG标签的circ-ZNF609是可以翻译的(图3)。
那么，内源的circ-ZNF609同样可以翻译吗?为了解决这个问题，研究者利用CRISPR技术，将FLAG标签敲入circ-ZNF609的编码区域以检测内源蛋白的表达。由于筛选到的单克隆细胞只成功地在一个circ-ZNF609基因座位插入了FLAG标签，而circ-ZNF609的等位基因则仍是野生型，理论上导致能检测到的蛋白量减半，所以并未能通过western blot检测到内源蛋白的表达。研究者将目光转向蛋白质谱的方法，并在质谱的肽段比对中成功得到了circ-ZNF609的肽段(图4)。
综合以上结果，研究者证明了环状RNA circ-ZNF609具有翻译的能力，但是关于circ-ZNF609促进肌肉细胞发育的功能，研究者并没有解释这是环状RNA本身的功能，还是其编码的蛋白的功能。未来还需要更多的研究来探索该类新来源的蛋白的功能及机制。
以色列科学家Sebastian Kadener的文章《Translation of CircRNAs》则是通过生物信息学预测环状RNA的阅读框，结合核糖体展示技术的数据，分析可与核糖体结合的环状RNA，从而系统地分析了果蝇中具有编码潜能的环状RNA，表明环状RNA的翻译能力在进化上可能是保守的，并发现果蝇中大部分可翻译的环状RNA与其线性的mRNA共享翻译起始序列，暗示环状RNA翻译的产物与线性mRNA的产物具有类似的5’端结构(图5)。
以上三篇文章，在人，小鼠和果蝇中鉴定了一批具有翻译潜能的环状RNA，那么同样编码RNA的长非编码RNA可以翻译出蛋白吗?其实早在2011年，美国科学家Jonathan S. Weissman就通过核糖体展示技术发现有大量的lincRNA结合在核糖体上，表明它们有可能被翻译(图6)。黑点表示lincRNA，蓝点表示蛋白编码基因的编码区(protein-coding)，可以看出有很多lincRNA与protein coding有相同的翻译效率(translational efficiency)。
看到这，大家是不是已经跃跃欲试了呢?小编要啰嗦几句，关于非编码RNA可编码的研究，还需大胆假设，小心求证。
而2013年Cell上的文章，则更加直白，Eric S. Lander发表题为《Ribosome Profiling Provides Evidence that Large Noncoding RNAs Do Not Encode Proteins》，该研究认为，现在大部分关于非编码RNA可编码的研究都基于对核糖体展示技术的数据分析，不可否认，确实有很多非编码RNA结合在核糖体上，但这并不意味着它们被翻译了。得出这样惊人的结论，主要是基于核糖体在mRNA的结合是一个动态过程(图9.1)。40S的核糖体小亚基首先结合在5’UTR区，识别到起始密码子的时候，60S的核糖体大亚基才会与小亚基结合，形成80S的复合体。这样的翻译复合体在遇到终止密码时会分离开，所以理论上3’UTR是不应该存在核糖体结合的。传统的RNA翻译效率的计算，只考虑了RNA在核糖体上结合的数量，而没有考虑核糖体在RNA的非翻译区的过程，所以研究者重新定义了翻译效率的计算公式(图9.2)，只有当核糖体在同一条RNA的翻译区(ORF)结合量明显高于非翻译区的结合量，才认为该RNA是被翻译的。经过这样的计算，大部分的lincRNA与mRNA的翻译区都区别开了(图9.3)
通过以上9幅图的梳理，我们可以看出，有关非编码RNA可编码的研究，一直非编码RNA领域的热点和难点，虽然个别环状RNA和长非编码RNA产生的小肽被证明有功能，但是大部分的研究多还集中在鉴定和预测上。如果想要在该领域取得突破的成绩，并不轻松，难点在与如何证明非编码RNA产生的小肽是内源的以及他们的功能机制又是什么。未来期待有更多的研究和方法，打开非编码RNA的编码大门!
中日前，由范德堡大学医学中心和亚利桑那大学药学院领导的研究小组创建了第一个与人类白细胞抗原基因变异相关疾病的综合索引。该索引可以帮助研究人员确定那些存在某些自身免疫性疾病风险，或者可能产生针对感染而其自身组织的抗体的个体。相关文章于5月10日发表在Science Translational Medicine上。
5月8日，Nature Medicine在线发表最新研究，科学家们采用综——MSK-IMPACT开展了一个大规模的、前瞻性的临床测序项目，收集了10000多名晚期癌症患者的肿瘤及正常组织DNA序列、病理以及临床注释等各方面的数据。使用这些数据，他们确定了临床相关的体细胞突变、新的非编码区突变以及常见肿瘤与罕见肿瘤共享的突变标签。研究人员将所生成的数据集对外共享，使人们能够发现新的生物标志物以及针对罕见突变开展更深入的研究。
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