circRNA发现和分析的生物信息学工具箱 

环状RNA (Circular RNA, circRNA)是一种具有生物活性的核酸分子，与信使RNA相比，它以闭环RNA形式存在，缺乏聚腺苷化的尾部。circRNA通常被归类为非编码RNA (Noncoding RNA，ncRNA)，尽管一些circRNA具有蛋白质编码潜能。circRNA于20世纪70年代首次在植物类病毒中被发现和鉴定，随后在真核细胞的细胞质中被发现和鉴定。由于线性RNA占主导地位，circRNA被认为是RNA剪接的副产物，这一领域的初步进展可能缓慢。然而，下一代测序和相关生物信息学工具的最新进展加速了研究。这些分子已在许多物种中被发现，包括人类、小鼠、线虫、植物和古细菌。图1显示了描述circRNA领域发展的时间轴。 

图1 circRNA研究的历史时间表。阐述了circRNA的知识、实验和计算工具的发展。蓝色、绿色和红色标记分别是与生物学、实验方法和代表性生物信息学工具相关的circRNA发现。1976年，环状RNA在植物类病毒中被电镜鉴定为环状RNA基因组。用类似的方法，1979年在真核细胞细胞质中发现环状RNA， 1986年在丁型肝炎病毒(HDV)中发现环状RNA。1991年，第一个人类circRNA被鉴定出来。1995年，circRNA在体外被证明具有蛋白质合成能力。2006年，RNase R处理被发现可以富集circRNA。到2012年，利用RNA-Seq对circRNA进行全基因组分析得到证实。2013年，circRNA被证明作为miRNA海绵，例如CDR1as和Sry。circRNAs可以稳定地与RNA结合蛋白(RBP)结合，如Argonaute蛋白(AGO)和RNA聚合酶II。2014年，Arraystar公司推出了首个商用circRNA芯片，并通过array对其表达进行了分析。2015年，circRNA被提出作为癌症生物标志物，并且可以在外泌体中检测到，circRNA也被证明是长寿的。2017年，内源性circRNA被证实可翻译成功能性多肽。2017年，研究人员开发了新的方法，通过RNase R处理，然后进行聚腺苷化和聚A+ RNA消耗(RPAD)，分离高纯度的circRNA 

由于最近的其他综述提供了从组织和亚细胞位置、生物发生、降解、翻译、运输、相互作用和进化保护等方面收集的证据来理解circRNA功能的观点，本次介绍的这篇综述《The bioinformatics toolbox for circRNA discovery and analysis》[1]侧重于circRNA相关的生物信息学工具。发现和分析circRNA的实验方法最近也在其他地方进行了综述。一系列研究报道了 m6A相关降解、circRNA的翻译、在癌症中的表达、融合circRNA以及在各种体液或外泌体中的表达，这些研究都指出了它们作为生物标志物的潜力。 

circRNA的生物发生过程如图2所示。与线性mRNA类似，环状RNA来源于RNA聚合酶II转录的线性pre-mRNA。circRNA可以通过反向剪接产生(图2)。例如，内含子之间的内含子互补序列(ICS)配对或RNA结合蛋白(RBP)作用可以通过将远端侧背剪接外显子拉近，从而促进反向剪接，进而促进circRNA的生成。值得注意的是，一个基因可以产生不同的环状RNA，这可能受到侧翼内含子上RNA配对竞争的影响。根据circRNA最终序列中外显子和内含子的不同组合，circRNA可分为外显子circRNA、内含子circRNA和外显子-内含子circRNA。值得注意的是，外显子环状RNA可以形成单或多外显子分子。 

图2 环状RNA在动物体内的生物发生过程。环状RNA形成模型:反向剪接环状化需要两端基序(Flanking AG-GU)、互补序列(ALU元件)或RBP的帮助。circRNA类型:单外显子、内含子、外显子-内含子和多外显子。circRNA功能:miRNA海绵、蛋白海绵、翻译和生物标志物 

circRNA被认为具有多种功能。circRNA可以作为miRNA海绵或竞争内源性RNA (ceRNA)，与其他RNA竞争性结合miRNA配对]。circRNA还可以调节细胞核内的转录，并与蛋白因子结合。与其他组织相比，circRNAs在大脑中富集。与线性RNA相比，环状RNA在组织中更稳定，寿命更长，对RNase R的抗性更强。研究表明，circRNA不仅参与多种人类疾病，包括癌症、神经退行性疾病和心血管疾病，还参与植物应激反应。 

高通量测序和相关生物信息学工具和数据库的进步为促进对circRNA的理解提供了新的机会。首个全基因组circRNA图谱于2012年被描述。2013年，find_circ成为第一个公开的circRNA鉴定管道。在这篇综述中，作者们收集并分析了约100种工具，包括web服务、数据库、独立程序和管道工具，概述并讨论了这些circRNA生物信息学工具的发展趋势。 基于这些发现，作者们还讨论了circRNA分析的当前挑战和circRNA功能的临床意义。 

详细综述情况见文献[1]。 

参考文献

[1] Chen L, Wang C, Sun H, Wang J, Liang Y, Wang Y, Wong G. The bioinformatics toolbox for circRNA discovery and analysis. Brief Bioinform. 2021 Mar 22;22(2):1706-1728. doi: 10.1093/bib/bbaa001. 

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6. EMT基因数据库：dbEMT

7. ​EMT基因调控数据库：EMTRegulome

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19. 基因组、药物基因组和免疫基因组水平基因集癌症分析平台：GSCA

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21. 生物信息资源平台：bio.tools

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23. 包含细胞上下文信息的细胞互作数据库：CCIDB

24. HMDD 4.0：miRNA-疾病实验验证关系数据库