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外泌体中的circular RNAs,精准医疗的大门已为你打开

研究背景

circRNAs是一类广泛存在的内源性非编码RNA,近年来的研究表明其可以调控哺乳动物的基因表达。在不同的细胞类型和发育阶段,circRNAs都稳定存在。由于其结构的特点和潜在的调控功能,circRNAs是这两年,乃至未来几年RNA领域研究的热点。

外泌体是细胞分泌的一类小膜囊泡。外泌体中包含了很多特异性的蛋白,mRNA和miRNA,可调控外泌体接收细胞的功能行使,是理想的疾病诊断biomarker候选。

那么,外泌体中有circRNAs存在么?血来源外泌体中能检测到稳定存在的circRNAs么?外泌体中的circRNAs可作为疾病诊断的biomarkers么?该文章的精彩研究结果向我们一一解答了这些问题。

外泌体中有稳定存在的circRNAs么?

研究人员首先对肝癌细胞MHCC-LM3和该细胞系中提取的外泌体进行了circRNAs的RNA-seq,分别鉴定到5484和6751个circRNAs分子。同时,外泌体中的circRNAs表达丰度是细胞中的2倍以上(表达丰度高是能否进行检测的首要条件)。qPCR验证显示7个中有5个circRNAs能验证出来。此外,exo-circRNA与细胞中circRNA的相关性也不是很明显(r=0.43),暗示着外泌体中的circRNAs可能是被精确调控的。

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为了进一步的验证外泌体中circRNA的表达丰度,研究人员用RNase R-treats样本进行了RNA-seq。结果显示,在外泌体中,circRNA相对于其线性RNA的表达丰度是细胞中circRNA相对于其线性RNA的表达丰度的6倍以上,表明外泌体中的circRNA相比线性mRNA来说表达更高。

同时,为了进一步验证circRNAs在癌细胞系外泌体中的普遍性,研究人员分别对大肠癌,肺癌,胃癌,乳腺癌和子宫癌细胞系来源外泌体进行了qRT-PCR 验证,充分说明了癌症外泌体中circRNAs的广泛存在性。

由于circRNA可以结合miRNA,而外泌体中有广泛存在着miRNAs。因此,研究人员在外泌体中分析了circRNA和miRNA的表达关系。结果显示,miR-7 mimics细胞系外泌体中CDR1as表达显著降低。该结果表明,外泌体中的circRNAs表达可能受到来自miRNA的表达影响。

因此,第一部分的结果解答了一个重要的问题:外泌体中存在着特异性稳定的circRNAs。

血清外泌体中很检测到circRNAs么?

用于临床诊断检测最理想的检测材料是血来源样本,那么,血清中的外泌体是否也能检测到circRNAs呢?(血液检测是无创诊断的理想方式)通过对3个健康个体的血清分离外泌体,RNA-seq检测exo-circRNAs,鉴定到1215个circRNAs。数据库比对显示,有90% circRNAs包含蛋白编码的外显子。分析统计显示大部分的血清来源exo-circRNAs小于1000 nt,平均为350 nt。进一步的验证表明,circRNAs可以抵制RNase R 外切酶的消化。因此,人血清外泌体中是包含稳定存在的circRNAs的。

疾病状态下,能检测到特异性表达的circRNAs么?

接下来的问题是,肿瘤疾病中能检测到特异性的exo-circRNAs么?通过将MHCC-LM3癌细胞移植裸鼠7周后,抽取血清,提取外泌体检测circRNA后发现,CDYL circRNA稳定存在。同时,exo-circRNA的丰度与肿瘤的质量有高度相关性。因此,疾病状态下能检测到exo-circRNAs。

为了验证其临床运用的可能性,研究人员对11个直肠癌的病人混合血清样本进行了RNA-seq。相比正常人,有67个circRNAs没检测到,但是新发现了257个circRNAs。其中有53个circRNAs中的48个母基因在CRC组织中也是明显上调的。qRT-PCR验证表明,circ-KLDHC10在肿瘤患者血清中表达显著上升(疾病中特异性的表达是诊断的前提)。因此,通过检测病人的血清外泌体circRNA,用于疾病诊断是可行的。

研究结论

该研究表明,外泌体中存在着丰富且稳定的circRNAs。同时,在肿瘤病人中,通过检测血清外泌体中的circRNAs可以将病人和正常人区分开来。因此,将circRNAs作为临床诊断的biomarkers是可行的。该研究为circRNAs用于精准医疗诊断的可行性提供了依据。相信在不久的将来,我们会看到circRNAs在临床诊断上的广泛运用。

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