Mol Cell | 核糖核酸酶κ通過減少應激顆粒中環狀RNA的積累來促進長壽

撰文 | 啾啾椰

circRNA由 反向剪接形成，即外顯子下游的5′剪接位點與上游的3′剪接位點連接，使中間外顯子形成閉環RNA【1,2】。由于缺乏5′ cap與3′ poly(A)尾，circRNA對外切核酸酶具有天然抗性，因此穩定性極高。來自多個物種的RNA-seq研究顯示，circRNA在衰老過程中持續積累【3】。部分circRNA被報道參與細胞衰老，神經退行性疾病，炎癥反應，但作用機制還不清楚。

目前存在幾個關鍵問題：circRNA隨年齡積累是由于生成增加還是降解減少？circRNA積累是否真正參與并驅動衰老？

已經有研究表明，circRNA可以被部分核酸酶切，細胞在應激條件下形成的一種無膜RNA-蛋白凝聚體stress granule (SG) 參與circRNA代謝與降解，G3BP1等SG蛋白影響circRNA處理【4】。但仍缺乏circRNA特異降解酶的明確證據與circRNA積累導致衰老的因果機制。

近日，來自KAIST（韓國科學技術院）的Seung-Jae V. Lee、Yoon Ki Kim和Gwangrog Lee研究團隊在Molecular Cell上發表題為Ribonuclease κ promotes longevityby preventing age-associated accumulationof circular RNA in stress granules的文章，發現circRNA積累是衰老的重要驅動因素之一，并提出維持circRNA代謝平衡有助于延緩衰老。

作者首先分析 C. elegans 不同年齡RNA-seq 數據，發現circRNA數量與豐度隨年齡上升 ，circRNA/linear RNA 比值增加， circRNA降解速率隨年齡下降，ribonuclease基因表達隨年齡下降。這說明，circRNA積累主要由降解能力下降導致，而非轉錄增強。

隨后，作者在 C. elegans體內（feeding RNAi體系）對70個核酸酶基因進行RNAi篩選，檢測兩個代表circRNA水平。他們發現，rnk-1（RNASEK[核酸酶κ]同源） 敲低 會導致circRNA顯著上升，線性RNA無明顯變化；而在rnk-1 + rnk-2 雙敲除細胞中， circRNA進一步升高，circRNA/linear RNA 比值增加。因此得出結論，RNASEK是主要circRNA降解酶。

為了研究RNASEK在衰老中的作用，他們分別在在線蟲、人細胞和小鼠中系統驗證RNASEK功能。他們發現，線蟲中rnk-1表達隨年齡下降， rnk-1 RNAi 會導致線蟲壽命縮短， rnk-1過表達會導致線蟲壽命延長并改善運動與進食能力。在人成纖維細胞衰老時RNASEK下降，RNASEK 的敲除會導致p16/p21等衰老標志物的上升。小鼠Rnasek缺失會導致早衰表型。這些動物中的發現共同證明了，RNASEK具有進化保守的抗衰老功能。

為了直接證明RNASEK是circRNA切割核酸酶，他們用circRNA microarray實驗發現RNASEK knockdown導致大量circRNA升高；在circRNA半衰期測定中發現RNASEK缺失延長circRNA穩定性；進行催化位點突變會導致RNASEK失去降解能力；在體外實驗中發現純化RNASEK可直接降解circRNA。他們同時還發現RNASEK在體內更偏向影響circRNA而非linear RNA。

那么，RNASEK這種cricRNA降解酶是如何發揮自己的抗衰功能的呢？因為circRNA定位于Stress granule（SG），實驗顯示RNASEK與HSP90、G3BP1相互作用，RNASEK的缺失會導致SG持續存在，RNASEK過表達會導致 SG減少。這說明RNASEK參與SG清除與動態調控。

為了完整構建circRNA積累導致SG異常并導致衰老的邏輯閉環，作者驗證了幾個關鍵機制，首先， circRNA積累會導致SG過度形成；刪除circRNA 則 SG恢復正常，circRNA減少導致壽命延長，而RNASEK缺失造成的壽命下降可以被circRNA刪除緩解。

據此，文章提出了完整的衰老模型：

年輕：
RNASEK高 → circRNA降解 → SG正常 → 細胞穩態 → 長壽
衰老：
RNASEK下降 → circRNA積累 → SG異常持續 → 衰老加速

圖1:文章主要模型。

總之，本研究建立了circRNA 與 衰老的因果關系；發現circRNA特異降解酶 RNASEK；提出 circRNA-SG-aging 分子模型；并為神經退行性疾病與RNA靶向治療提供潛在靶點。

https://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765(26)00095-X

制版人： 十一

參考文獻

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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