本期特邀湖南大學(xué)彭友松教授團(tuán)隊(duì)分享解讀，感謝對(duì)circRNA平臺(tái)的關(guān)注！

病毒是一類(lèi)微小而具有傳染性的病原體，其基因組相對(duì)于真核生物的基因組來(lái)說(shuō)異常微小。正是這種微小的基因組使得病毒circRNA長(zhǎng)期以來(lái)鮮為人知。與線性RNA不同，circRNA具備獨(dú)特的封閉環(huán)結(jié)構(gòu)，這一特性使其極其穩(wěn)定，能夠抵抗核酸外切酶的降解作用。同時(shí)，circRNA廣泛分布于各類(lèi)生物體中，包括植物、動(dòng)物和病毒。近年來(lái)，高通量測(cè)序技術(shù)和生物信息學(xué)工具的發(fā)展，使得研究人員能夠更全面地識(shí)別和分析circRNA。

有研究表明，病毒circRNA在宿主的多種關(guān)鍵生命活動(dòng)中發(fā)揮重要作用，包括調(diào)節(jié)宿主基因表達(dá)、與細(xì)胞成分相互作用以及影響宿主免疫反應(yīng)等方面的影響。比如Sekiba等人發(fā)現(xiàn)乙型肝炎病毒（HBV）產(chǎn)生的circRNA與人類(lèi)DExH-Box螺旋酶9（DHX9）相互作用，參與針對(duì)DNA病毒的先天性免疫反應(yīng)；Liu等人發(fā)現(xiàn)，人類(lèi)γ皰疹病毒4（HHV4）編碼的名為circRPMS1的環(huán)狀RNA可作為miRNA海綿，促進(jìn)HHV4相關(guān)上皮腫瘤的發(fā)展。然而，這些病毒環(huán)狀RNA研究比較零散，且只揭示了少數(shù)的病毒環(huán)狀RNA分子。為了系統(tǒng)地研究病毒circRNA分子，我們之前的工作中建立了首個(gè)病毒circRNA數(shù)據(jù)庫(kù)VirusCircBase（http://www.computationalbiology.cn/ViruscircBase/home.html）。該數(shù)據(jù)庫(kù)近三年來(lái)已經(jīng)被來(lái)自全球60個(gè)主要國(guó)家和地區(qū)的用戶(hù)使用，促進(jìn)了病毒環(huán)狀RNA分子的研究。

2023年9月19日，湖南大學(xué)彭友松教授研究團(tuán)隊(duì)在Emerging Microbes & Infections（IF=13.2）在線發(fā)表了的最新研究成果，題為“An updated database of virus circular RNAs provides new insights into the biogenesis mechanism of the molecule”。在先前的研究中，我們建立了首個(gè)病毒circRNA數(shù)據(jù)庫(kù)VirusCircBase，并在該領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在更新版本的數(shù)據(jù)庫(kù)--VirusCircBase 2.0（http://computationalbiology.cn/VirusCircBase2/#/home）中，我們不僅顯著增加了數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)量和功能，還為病毒circRNA的生成機(jī)制提供了新的見(jiàn)解。

亮點(diǎn)

1. VirusCircBase 2.0在數(shù)據(jù)量和功能上都有了顯著的提升，包含來(lái)自43個(gè)病毒物種的60,859個(gè)circRNA，為研究人員提供了全面的資源。

2. 病毒circRNA表現(xiàn)出普遍的低表達(dá)和較強(qiáng)的組織異質(zhì)性。

3. 病毒circRNA展示了與動(dòng)植物不同的獨(dú)特剪接信號(hào)特征。

4. 揭示了與病毒circRNA形成相關(guān)的人類(lèi)基因，為病毒circRNA的生物合成機(jī)制提供了啟示。

研究結(jié)果

01?數(shù)據(jù)庫(kù)更新情況：

與前一版本相比，VirusCircBase 2.0在數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)庫(kù)功能方面都有所更新（表1）。

在數(shù)據(jù)方面，VirucCircBase 2.0中病毒circRNA的數(shù)量從 46440 個(gè)增加到 60859 個(gè)。具體來(lái)說(shuō)，病毒種、宿主、組織或細(xì)胞類(lèi)型、樣本量、病毒circRNAs與宿主miRNAs之間相互作用的數(shù)量分別從23、9、46、337、30818增加到43、22、83、566、72157。此外，新增了1902個(gè)全長(zhǎng)病毒circRNA。

在數(shù)據(jù)庫(kù)功能方面，VirusCircBase 2.0提供了三個(gè)新功能：i)以熱圖形式顯示病毒circRNA在樣本中的表達(dá)水平；ii)以基因組瀏覽器形式顯示病毒circRNA在病毒基因組上的表達(dá)情況；iii)按宿主瀏覽病毒circRNA（圖1）。

該數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)址為：

http://computationalbiology.cn/VirusCircBase2/#/home

02?VirusCircBase 2.0包含的數(shù)據(jù)情況：

我們?cè)?個(gè)巴爾的摩分類(lèi)、25個(gè)病毒科和43種病毒中鑒定到了病毒circRNA（如圖2所示）。大多數(shù)病毒circRNA來(lái)自正義單鏈RNA（ssRNA(+)）病毒（占67.3%）和雙鏈DNA（dsDNA）病毒（占30.6%）。另外，在VirusCircBase 2.0中新增了35種病毒的circRNA，其中20種是之前沒(méi)有的病毒。其中SARS-CoV和HHV1的circRNA數(shù)量增加最為顯著，分別從4157個(gè)增至9324個(gè)和從379個(gè)增至2721個(gè)。有趣的是，Mammalian orthoreovirus（MRV1）編碼了125個(gè)circRNA，是目前為止是唯一已知具備編碼circRNA能力的dsRNA病毒。此外，我們還發(fā)現(xiàn)了兩種噬菌體，即假單胞菌病毒PhiKZ（PhiKZ）和埃希氏菌病毒P1（PhageP1），它們分別編碼了249個(gè)和178個(gè)circRNA。

03?病毒circRNA在不同細(xì)胞或組織中的表達(dá)量情況：

由于數(shù)據(jù)有限，大多數(shù)病毒只在少數(shù)細(xì)胞或組織中表達(dá)circRNA。此外，它們?cè)谶@些細(xì)胞或組織中的表達(dá)量也很低。病毒circRNA在不同細(xì)胞或組織中的表達(dá)量差異很大，例如，HHV8在大多數(shù)細(xì)胞中的豐度較低（lg RPM：2.16-3.79），但在TREx-BCBL1RTA和iSLK-BAC16細(xì)胞中的豐度較高（lg RPM分別為4.59和4.97）。有趣的是，一些病毒，如鼠乳頭瘤病毒1型（MmuPV1）只有尾部組織中才有高表達(dá)的circRNA（lg RPM：6.0），這表明病毒circRNA在MmuPV1尾部組織的慢性感染中起著重要作用。

04?病毒circRNA的形成機(jī)制分析：

如圖4A所示，70%的病毒circRNA使用GT/AG剪接信號(hào)，這也是動(dòng)物和植物中使用的主要信號(hào)。然而，與非規(guī)范剪接信號(hào)所占比例低于1%的動(dòng)物和植物相比，病毒circRNA表現(xiàn)出更高的非規(guī)范剪接信號(hào)比例。例如，GC/AG信號(hào)是病毒circRNA中最豐富的非規(guī)范信號(hào)，占總數(shù)的7.1%，遠(yuǎn)高于哺乳動(dòng)物（0.7%）。

對(duì)病毒circRNA的剪接類(lèi)型的分析發(fā)現(xiàn)，病毒circRNA中最常見(jiàn)的是A5SS類(lèi)型（55.9%），其次是ES（22.0%）和A3SS（15.7%）（圖4B）。而在人類(lèi)中，ES是最常見(jiàn)的剪接類(lèi)型，其次是A3SS和A5SS。

對(duì)病毒circRNA的異構(gòu)體數(shù)量的分析發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)病毒circRNA只有一種或兩種異構(gòu)體（69.9%）（圖4C）。只有很小一部分病毒circRNA有五個(gè)及以上異構(gòu)體。而在哺乳動(dòng)物和植物中，circRNA通常有兩種或兩種以上的異構(gòu)體。

05?影響病毒circRNA產(chǎn)生的宿主基因

我們通過(guò)計(jì)算病毒circRNA的豐度與人類(lèi)基因表達(dá)水平之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)分別有411和755個(gè)人類(lèi)基因與病毒circRNA的產(chǎn)生呈中度正相關(guān)或負(fù)相關(guān)（定義為SCC的絕對(duì)值大于或等于0.3）。先前的研究表明，RBPs經(jīng)常參與circRNA的產(chǎn)生。它們既能促進(jìn)也能抑制病毒circRNA的生物生成。有趣的是，43個(gè)RBP編碼基因與病毒circRNA的產(chǎn)生呈中度相關(guān)，其中大部分（42/43）呈顯著負(fù)相關(guān)。

功能分析顯示，正相關(guān)基因富集于有限的功能中，如腺體發(fā)育和傷口愈合的生物過(guò)程、受體活性和細(xì)胞外基質(zhì)的分子功能。因此，我們重點(diǎn)研究了與病毒circRNA生成負(fù)相關(guān)的755個(gè)基因的功能。這些基因中分別富集了細(xì)胞組分（CC）、生物過(guò)程（BP）和分子功能（MF）的85、264和26個(gè)GO術(shù)語(yǔ)，以及14個(gè)KEGG通路。CC主要與紡錘體、染色體區(qū)、剪接體復(fù)合物和核糖體有關(guān)（圖5A）；BP主要與細(xì)胞周期和RNA處理有關(guān)（圖5B）；MF主要與催化活性、核酸酶活性、微管蛋白和微管結(jié)合有關(guān)（圖5C）；富集的KEGG通路主要與細(xì)胞周期、核糖體、COVID-19、剪接體、卵母細(xì)胞減數(shù)分裂、RNA降解等有關(guān)（圖5D）。

結(jié)論

本研究顯著提高了數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)量和功能，從而將數(shù)據(jù)庫(kù)重建為VirusCircBase 2.0（http://computationalbiology.cn/VirusCircBase2/#/home）。病毒circRNA的表達(dá)分析顯示，它們?cè)诖蠖鄶?shù)細(xì)胞或組織中的表達(dá)水平較低，表現(xiàn)出較強(qiáng)的表達(dá)異質(zhì)性。病毒circRNA的剪接分析顯示，它們與動(dòng)植物相比，使用了更高比例的非經(jīng)典反向剪接信號(hào)，并主要使用了A5SS。大多數(shù)病毒circRNA沒(méi)有超過(guò)兩個(gè)異構(gòu)體。最后，對(duì)與病毒circRNA產(chǎn)生相關(guān)的人類(lèi)基因進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)超過(guò)1000個(gè)人類(lèi)基因與病毒circRNA的表達(dá)呈中等相關(guān)性。其中大多數(shù)顯示出負(fù)相關(guān)性，包括42個(gè)編碼RNA結(jié)合蛋白的基因。它們?cè)谂c細(xì)胞周期和RNA加工相關(guān)的生物過(guò)程中顯著富集?？偟膩?lái)說(shuō)，該研究為進(jìn)一步研究病毒circRNA提供了有價(jià)值的資源，也為病毒circRNA的生物合成機(jī)制提供了新的見(jiàn)解。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1080/22221751.2023.2261558