En biología molecular , el ARN circular (o circARN ) es un tipo de ARN monocatenario que, a diferencia del ARN lineal, forma un bucle continuo cerrado covalentemente . En el ARN circular, los extremos 3' y 5' normalmente presentes en una molécula de ARN se han unido. Esta característica confiere numerosas propiedades al ARN circular, muchas de las cuales se han identificado recientemente.
Muchos tipos de ARN circular surgen de genes que de otro modo codificarían proteínas . Se ha demostrado que algunos ARN circulares codifican proteínas . [1] [2] Algunos tipos de ARN circulares también han demostrado recientemente potencial como reguladores genéticos . La función biológica de la mayoría de los ARN circulares no está clara.
Debido a que el ARN circular no tiene extremos 5' o 3', es resistente a la degradación mediada por exonucleasas y presumiblemente es más estable que la mayoría del ARN lineal en las células. [3] El ARN circular se ha relacionado con algunas enfermedades como el cáncer . [4]
A diferencia de los genes en las bacterias , los genes eucariotas se dividen mediante secuencias no codificantes llamadas intrones . En los eucariotas, cuando un gen se transcribe del ADN a una transcripción de ARN mensajero (ARNm), se eliminan los intrones intermedios, dejando solo exones en el ARNm maduro, que posteriormente se pueden traducir para producir el producto proteico. [5] El espliceosoma , [5] un complejo proteína-ARN ubicado en el núcleo, cataliza el empalme de la siguiente manera:
El splicing alternativo es un fenómeno a través del cual una transcripción de ARN puede producir diferentes productos proteicos en función de qué segmentos se consideran "intrones" y "exones" durante un evento de splicing. [5] Aunque no es específico de los humanos, es una explicación parcial del hecho de que los humanos y otras especies mucho más simples (como los nematodos) tienen un número similar de genes (en el rango de 20 a 25 mil). [6] Uno de los ejemplos más llamativos de splicing alternativo se encuentra en el gen DSCAM de Drosophila , que puede dar lugar a aproximadamente 30 mil isoformas distintas de splicing alternativo. [7]
La mezcla de exones, también llamada reorganización de exones, describe un evento en el que los exones se empalman en un orden "no canónico" (atípico). Hay tres formas en las que puede ocurrir la mezcla de exones:
La noción de que las transcripciones circularizadas son subproductos de un empalme imperfecto está respaldada por la baja abundancia y la falta de conservación de la secuencia de la mayoría de los circRNA, [9] pero ha sido cuestionada. [8] [10] [3]
Las secuencias repetitivas de Alu representan aproximadamente el 10% del genoma humano. [11] La presencia de elementos Alu en los intrones flanqueantes de los genes codificadores de proteínas adyacentes al primer y último exón que forman los circRNA influye en la formación de los circRNA. [12] [13] [3] [14] Es importante que los elementos Alu intrónicos flanqueantes sean complementarios, ya que esto permite el apareamiento del ARN, lo que a su vez facilita la síntesis de circRNA. [15]
Los ARN pueden sufrir modificaciones de bases mediante la edición de ARN después de la transcripción. La edición de ARN ocurre principalmente en los elementos Alu de los genes codificadores de proteínas. [16] La edición de ARN A a I en elementos Alu intrónicos ascendentes y descendentes que flanquean el sitio de empalme inverso (BSS) puede reducir la formación de circARN en el corazón humano. [16] En el corazón humano con insuficiencia, una reducción predominante en la edición de ARN A a I conduce a una mayor formación de circARN, que presumiblemente está mediada por un mejor emparejamiento complementario del ARN de los elementos Alu que flanquean el sitio de empalme inverso. [16]
Los primeros descubrimientos de los ARN circulares llevaron a la creencia de que carecían de importancia debido a su rareza. Estos primeros descubrimientos incluyeron el análisis de genes como los genes DCC y Sry , y el reciente descubrimiento del ARN no codificante humano ANRIL , todos los cuales expresaban isoformas circulares. También se descubrieron genes productores de ARN circular como el gen humano ETS-1 , los genes del citocromo P450 humano y de rata , el gen de la proteína de unión a andrógenos de rata ( Shbg ) y el gen de la distrofina humana. [17]
En 2012, en un esfuerzo por identificar inicialmente los eventos de codificación de exones específicos del cáncer, se descubrieron exones codificados en grandes cantidades tanto en células normales como cancerosas. Se descubrió que las isoformas de exones codificados comprendían aproximadamente el 10% de las isoformas de transcripción totales en leucocitos , y se identificaron 2748 isoformas codificadas en células madre embrionarias HeLa y H9 . Además, aproximadamente 1 de cada 50 genes expresados produjo isoformas de transcripción codificadas al menos el 10% del tiempo. Las pruebas utilizadas para reconocer la circularidad incluyeron el tratamiento de muestras con ARNasa R , una enzima que degrada ARN lineal pero no circular, y la prueba de la presencia de colas de poli-A , que no están presentes en moléculas circulares. En general, se descubrió que el 98% de las isoformas codificadas representaban ARN circulares, se descubrió que los ARN circulares se ubicaban en el citoplasma y se descubrió que los ARN circulares eran abundantes. [17] [8]
En 2013, se descubrió una mayor abundancia de circRNA. El ARN de fibroblastos humanos se trató con RNasa R para enriquecerlo con ARN circulares, seguido de la categorización de las transcripciones circulares en función de su abundancia (baja, media, alta). [3] Se encontró que aproximadamente 1 de cada 8 genes expresados producía niveles detectables de circRNA, incluidos aquellos de baja abundancia, lo que fue significativamente mayor de lo que se sospechaba anteriormente, y se atribuyó a una mayor profundidad de secuenciación . [3] [8]
Al mismo tiempo, se desarrolló un método computacional para detectar circRNAs, lo que condujo a la detección de novo de circRNAs en humanos, ratones y C. elegans , y a su validación exhaustiva. Se descubrió que la expresión de circRNAs a menudo era específica del tejido/etapa de desarrollo. Además, se descubrió que los circRNAs tenían la capacidad de actuar como antagonistas de los miRNA, microRNAs que interfieren con la traducción de los mRNAs, como lo ejemplifica el circRNA CDR1as , que tiene sitios de unión de miRNA (como se ve a continuación). [18]
En 2014, se identificaron y cuantificaron los circRNA humanos a partir de los datos de ENCODE Ribozero RNA-seq . Se descubrió que la mayoría de los circRNA eran isoformas de empalme menores y que se expresaban solo en unos pocos tipos de células, con 7112 circRNA humanos que tenían fracciones circulares (la fracción de similitud que tiene una isoforma para transcribir el mismo locus) de al menos el 10 %. También se descubrió que los circRNA no estaban más conservados que sus controles lineales y, según el perfil de ribosomas, no se traducen. [9] Como se señaló anteriormente, los circRNA tienen la capacidad de actuar como antagonistas de miRNA, lo que también se conoce como el potencial de actuar como esponjas de microRNA. Aparte de los CDR1as, muy pocos circRNA tienen el potencial de actuar como esponjas de microRNA. En conjunto, se descubrió que la mayoría de los ARN circulares eran subproductos intrascendentes de un empalme imperfecto. [18] [9]
Ese mismo año, se desarrolló CIRCexplorer, una herramienta utilizada para identificar miles de circRNA en humanos sin datos de ARN-seq de RNasa R. Se descubrió que la gran mayoría de los ARN circulares exónicos altamente expresados identificados se procesaban a partir de exones ubicados en el medio de los genes RefSeq , lo que sugiere que la formación de ARN circular generalmente está acoplada al empalme de ARN. Se determinó que la mayoría de los ARN circulares contienen múltiples exones, lo más común, de dos a tres. Se descubrió que los exones de los circRNA con solo un exón circularizado eran mucho más largos que los de los circRNA con múltiples exones circularizados, lo que indica que el procesamiento puede preferir una cierta longitud para maximizar la circularización del exón o los exones. Los intrones de los exones circularizados generalmente contienen altas densidades de Alu que pueden formar pares Alu repetidos invertidos (IRAlus). Los IRAlus, ya sean convergentes o divergentes, se yuxtaponen a través de los intrones flanqueantes de los circRNAs de forma paralela con distancias similares a los exones adyacentes. También se descubrió que los IRAlus y otras secuencias no repetitivas, pero complementarias, promueven la formación de ARN circular. Por otro lado, se determinó que la eficiencia de la circularización de exones se ve afectada por la competencia del emparejamiento de ARN, de modo que el emparejamiento alternativo de ARN y su competencia conducen a la circularización alternativa. Finalmente, se descubrió que tanto la circularización de exones como su regulación son dinámicas desde el punto de vista evolutivo. [15]
El laboratorio de Cruchaga realizó los primeros análisis a gran escala de circRNA en la enfermedad de Alzheimer (EA) y demostró el papel de los circRNA en la salud y la enfermedad. Se encontró que un total de 148 circRNA estaban significativamente asociados en múltiples conjuntos de datos con el estado de la enfermedad de Alzheimer y la calificación clínica de demencia (CDR) en el momento de la muerte después de la corrección de la tasa de falsos descubrimientos (FDR). La expresión de circRNA era independiente de la forma lineal y que la expresión de circRNA también se corregía por la proporción de células. También se encontró que los circRNA se coexpresaban con genes causales conocidos de Alzheimer, como APP y PSEN1 , lo que indica que algunos circRNA también son parte de la vía causal. En conjunto, se encontró que la expresión cerebral de circRNA explicaba más sobre las manifestaciones clínicas de Alzheimer que el número de alelos APOε4, lo que sugiere que los circRNA podrían usarse como un posible biomarcador para Alzheimer. [19]
Los ARN circulares se pueden separar en cinco clases: [20] [21]
Un estudio reciente de los circRNA humanos reveló que estas moléculas suelen estar compuestas de 1 a 5 exones. [18] Cada uno de estos exones puede ser hasta tres veces más largo que el exón expresado promedio, [3] lo que sugiere que la longitud del exón puede desempeñar un papel en la decisión de qué exones circularizar. El 85% de los exones circularizados se superponen con exones que codifican proteínas , [18] aunque los propios ARN circulares no parecen traducirse. Durante la formación de los circRNA, el exón 2 suele ser el exón "aceptor" aguas arriba. [8]
Los intrones que rodean a los exones que se seleccionan para ser circularizados son, en promedio, hasta tres veces más largos que los que no flanquean a los exones precirculares, [8] [3] aunque aún no está claro por qué es así. En comparación con las regiones que no resultan en círculos, estos intrones tienen muchas más probabilidades de contener repeticiones Alu invertidas complementarias , siendo Alu el transposón más común en el genoma. [3] Se ha propuesto que, debido al apareamiento de bases de las repeticiones Alu entre sí, esto puede permitir que los sitios de empalme se encuentren entre sí, facilitando así la circularización. [10] [3]
Los intrones dentro de los circRNA se retienen con una frecuencia relativamente alta (~25%), [9] agregando así una secuencia adicional a los circRNA maduros.
En la célula, los circRNAs se encuentran predominantemente en el citoplasma , donde el número de transcripciones de ARN circulares derivadas de un gen puede ser hasta diez veces mayor que el número de ARN lineales asociados generados a partir de ese locus . No está claro cómo los ARN circulares salen del núcleo a través de un poro nuclear relativamente pequeño . Debido a que la envoltura nuclear se descompone durante la mitosis , una hipótesis es que las moléculas salen del núcleo durante esta fase del ciclo celular . [3] Sin embargo, ciertos circRNAs, como CiRS-7/CDR1as, se expresan en tejidos neuronales, [18] [25] donde la división mitótica no es prevalente.
Los circRNA carecen de una cola poliadenilada y, por lo tanto, se predice que son menos propensos a la degradación por exonucleasas. En 2015, Enuka et al. midieron las vidas medias de 60 circRNA y sus contrapartes lineales expresadas a partir del mismo gen huésped y revelaron que la vida media media de los circRNA de las células mamarias (18,8 a 23,7 horas) es al menos 2,5 veces más larga que la vida media media de sus contrapartes lineales (4,0 a 7,4 horas). [26] En general, la vida media de las moléculas de ARN define su tiempo de respuesta. [27] En consecuencia, se informó que los circRNA mamarios responden lentamente a la estimulación por factores de crecimiento. [26]
Se han identificado circRNAs en varias especies en todos los dominios de la vida . En 2011, Danan et al. secuenciaron el ARN de Archaea . Después de digerir el ARN total con RNasa R, pudieron identificar especies circulares, lo que indica que los circRNAs no son específicos de los eucariotas. [28] Sin embargo, estas especies circulares de Archaea probablemente no se formen mediante empalme, lo que sugiere que probablemente existan otros mecanismos para generar ARN circular.
Se descubrió que los circRNA se conservaban en gran medida entre humanos y ovejas. Al analizar los datos de secuenciación de ARN total de la corteza del lóbulo parietal de ovejas y de células mononucleares de sangre periférica, se demostró que el 63 % de los circRNA detectados son homólogos a los circRNA humanos conocidos. [29]
En una conexión evolutiva más estrecha, una comparación del ARN de los testículos de ratón con el ARN de una célula humana encontró 69 circARN ortólogos . Por ejemplo, tanto los humanos como los ratones codifican los genes HIPK2 y HIPK3 , dos quinasas parálogas que producen una gran cantidad de circARN a partir de un exón particular en ambas especies. [3] La conservación evolutiva refuerza la probabilidad de un papel relevante y significativo para la circularización del ARN.
Los microARN (miARN) son ARN pequeños (~21 nt) no codificantes que reprimen la traducción de ARN mensajeros involucrados en un conjunto grande y diverso de procesos biológicos. [30] Se aparean directamente con bases de ARN mensajeros (ARNm) objetivo y pueden desencadenar la escisión del ARNm dependiendo del grado de complementariedad.
Los microARN se agrupan en "familias de semillas". Los miembros de la familia comparten los nucleótidos 2-7, conocidos como la región de la semilla. [31] Las proteínas Argonaute son las "proteínas efectoras" que ayudan a los miARN a realizar su trabajo, mientras que las esponjas de microARN son ARN que "absorben" los miARN de una familia particular, actuando así como inhibidores competitivos que suprimen la capacidad del miARN de unirse a sus dianas de ARNm, gracias a la presencia de múltiples sitios de unión que reconocen una región de semilla específica. [31] Ciertos ARN circulares tienen muchos sitios de unión de miARN, lo que dio una pista de que pueden funcionar en la absorción de miARN. Dos artículos recientes confirmaron esta hipótesis al investigar en detalle una esponja circular llamada CDR1as/CiRS-7, mientras que otros grupos no encontraron evidencia directa de que los ARN circulares actuaran como esponjas de miARN al analizar la interacción potencial de los ARN circulares con la proteína Argonaut (AGO) utilizando datos de secuenciación de alto rendimiento de ARN aislado por reticulación e inmunoprecipitación (HITS-CLIP). [32]
CDR1as/CiRS-7 está codificado en el genoma en sentido antisentido con respecto al locus CDR1 (gen) humano (de ahí el nombre CDR1as), [18] y se dirige a miR-7 (de ahí el nombre CiRS-7 – Circular RNA Sponge for miR-7 ). [25] Tiene más de 60 sitios de unión de miR-7, mucho más que cualquier esponja de miARN lineal conocida. [18] [25]
AGO2 es la proteína Argonauta asociada a miR-7 (ver arriba). Aunque CDR1as/CiRS-7 puede ser escindido por miR-671 y su proteína Argonauta asociada, [25] no puede ser escindido por miR-7 y AGO2. La actividad de escisión de microARN depende de la complementariedad más allá de la posición del nucleótido 12; ninguno de los sitios de unión de CiRS-7 cumple con este requisito.
Un experimento con peces cebra , que no tienen el locus CDR1 en su genoma, proporciona evidencia de la actividad de esponja de CiRS-7. Durante el desarrollo, miR-7 se expresa fuertemente en el cerebro de pez cebra. Para silenciar la expresión de miR-7 en pez cebra, Memczak y colegas aprovecharon una herramienta llamada morfolino , que puede aparear bases y secuestrar moléculas objetivo. [33] El tratamiento con morfolino tuvo el mismo efecto severo en el desarrollo del mesencéfalo que la expresión ectópica de CiRS-7 en cerebros de pez cebra utilizando plásmidos inyectados . Esto indica una interacción significativa entre CiRS-7 y miR-7 in vivo. [18]
Otra esponja de miRNA circular notable es SRY . SRY, que se expresa en gran medida en los testículos murinos, funciona como una esponja de miR-138 . [25] [34] En el genoma, SRY está flanqueado por repeticiones invertidas largas (IR) de más de 15,5 kilobases (kb) de longitud. Cuando se eliminan una o ambas IR, no se produce la circularización. Fue este hallazgo el que introdujo la idea de que las repeticiones invertidas permiten la circularización. [35]
Debido a que las esponjas de ARN circulares se caracterizan por altos niveles de expresión, estabilidad y una gran cantidad de sitios de unión de miARN, es probable que sean esponjas más efectivas que las que son lineales. [10]
Aunque recientemente se ha prestado atención a las funciones de "esponja" del circRNA, los científicos también están considerando otras posibilidades funcionales. Por ejemplo, algunas áreas del hipocampo del ratón adulto muestran expresión de CiRS-7 pero no de miR-7, lo que sugiere que CiRS-7 puede tener funciones independientes de la interacción con el miRNA. [18]
Los roles potenciales incluyen los siguientes:
Por lo general, los lazos intrónicos (ver arriba) se desramifican y degradan rápidamente. Sin embargo, una falla en la desramificación puede conducir a la formación de ARN no codificantes largos intrónicos circulares, también conocidos como ciRNA. [39] La formación de ciRNA, en lugar de ser un proceso aleatorio, parece depender de la presencia de elementos específicos cerca del sitio de empalme 5' y el sitio de ramificación (ver arriba).
Los ciRNA se diferencian de los circRNA en que se encuentran de forma destacada en el núcleo en lugar de en el citoplasma . Además, estas moléculas contienen pocos (o ninguno) sitios de unión de miRNA. En lugar de actuar como esponjas, los ciRNA parecen funcionar regulando la expresión de sus genes parentales. Por ejemplo, un ciRNA relativamente abundante llamado ci-ankrd52 regula positivamente la transcripción de Pol II . Muchos ciRNA permanecen en sus "sitios de síntesis" en el núcleo. Sin embargo, los ciRNA pueden tener funciones distintas a la simple regulación de sus genes parentales, ya que los ciRNA se localizan en sitios adicionales en el núcleo además de sus "sitios de síntesis". [39]
Como ocurre con la mayoría de los temas de biología molecular , es importante considerar cómo se puede utilizar el ARN circular como herramienta para ayudar a la humanidad. Dada su abundancia, conservación evolutiva y posible función reguladora, vale la pena investigar cómo se puede utilizar el ARN circular para estudiar la patogénesis y diseñar intervenciones terapéuticas. Por ejemplo:
Dube et al ., [19] demostraron por primera vez que los ARN circulares cerebrales (circRNA) son parte de los eventos patogénicos que conducen a la enfermedad de Alzheimer , planteando la hipótesis de que el circRNA específico se expresaría de manera diferencial en los casos de EA en comparación con los controles y que esos efectos podrían detectarse temprano en la enfermedad. Optimizaron y validaron una nueva línea de análisis para ARN circulares (circRNA). Realizaron un diseño de estudio de tres etapas, utilizando los datos de ARN-seq cerebral de Knight ADRC como descubrimiento (etapa 1), utilizando los datos de Mount Sinai como replicación (etapa 2) y un metanálisis (etapa 3) para identificar el circRNA más significativo expresado de manera diferencial en la enfermedad de Alzheimer. Usando su línea de análisis, encontraron 3.547 circRNA que pasaron un control de calidad estricto en la cohorte Knight ADRC que incluye ARN-seq de 13 controles y 83 casos de Alzheimer, y 3.924 circRNA pasaron un control de calidad estricto en el conjunto de datos MSBB. Un metaanálisis de los resultados del descubrimiento y la replicación reveló un total de 148 circRNA que se correlacionaron significativamente con CDR después de la corrección FDR. Además, 33 circRNA pasaron la estricta corrección de prueba múltiple de Bonferroni basada en genes de 5×10-6, incluidos circHOMER1 (P = 2,21×10 −18 ) y circCDR1-AS (P = 2,83 × 10 −8 ), entre otros. También realizaron análisis adicionales para demostrar que la expresión de circRNA era independiente de la forma lineal, así como de la proporción de células que puede confundir los análisis de ARN-seq cerebral en estudios de la enfermedad de Alzheimer. Realizaron análisis de coexpresión de todos los circRNA junto con las formas lineales y descubrieron que los circRNA, incluidos los que se expresaban de manera diferencial en la enfermedad de Alzheimer en comparación con los controles, se coexpresaban con genes causales conocidos de Alzheimer, como APP y PSEN1, lo que indica que algunos circRNA también son parte de la vía causal. También demostraron que la expresión cerebral de circRNA explicaba más sobre las manifestaciones clínicas del Alzheimer que el número de alelos APOε4, lo que sugiere que podría usarse como un posible biomarcador para la enfermedad de Alzheimer. Este es un estudio importante para el campo, ya que es la primera vez que se cuantifican y validan circRNA (por PCR en tiempo real) en muestras de cerebro humano a escala de todo el genoma y en cohortes grandes y bien caracterizadas. También demuestra que es probable que estas formas de ARN estén implicadas en rasgos complejos, incluida la enfermedad de Alzheimer, lo que ayudará a comprender los eventos biológicos que conducen a la enfermedad.
Estudios recientes han demostrado que el circRNA está asociado con la insuficiencia cardíaca y la enfermedad cardíaca. circFOXO3, los genes de la titina, circSLC8A1-1 y circAmotl1 desempeñan un papel importante en la función cardíaca a través de la regulación positiva o la inhibición relevante para la enfermedad cardíaca. La sobreexpresión de circFOXO3 y su regulación negativa se une a los factores de transcripción E2F1, HIF1α y la proteína ID1, FAK, causando miocardiopatía inducida por DOX. El circRNA derivado del gen de la titina induce cardiotoxicidad en cardiomiocitos . La sobreexpresión de circSLC8A1-1 causa el esponjosamiento del regulador de hipertrofia cardíaca miR-133 y conduce a la insuficiencia cardíaca. Aparte de la enfermedad cardíaca mediada por circRNA, algunos circRNA han desempeñado un papel en la reparación del daño cardíaco. Por ejemplo, la sobreexpresión de circAmotl1 aumenta la longevidad de los cardiomiocitos a través de la unión y translocación de AKT que regula la reparación cardíaca. El ARN circular CDR1 tiene un papel importante durante la infección en el miocardio . La disfunción cardíaca ocurre después de la infección miocárdica debido a la regulación negativa de CircNfix. Dado que varios tipos de ARN circular están relacionados con la enfermedad cardíaca, se puede utilizar como un posible biomarcador y objetivo terapéutico. Por ejemplo, se ha observado fibrilación auricular posoperatoria en algunos pacientes después de una cirugía cardíaca en la que se utiliza circRNA_025016 como biomarcador. Aunque se ha encontrado la relevancia de la sobreexpresión y la regulación negativa del ARN circular para la enfermedad cardíaca a partir de varios estudios de investigación, aún no está claro. Por lo tanto, se necesita más investigación para rastrear la progresión de la enfermedad en diferentes etapas de disfunción cardíaca utilizando el ARN circular como biomarcador y puede usarse para fines de administración de genes en células. [42]
Varios estudios han demostrado que el ARN circular actúa como un agente pronóstico y biomarcador en enfermedades renales, incluyendo carcinoma de células renales , lesión renal aguda, nefropatía diabética y nefritis lúpica . La cronicidad renal está asociada con miR-150, que está regulado negativamente por circHLA-C, en pacientes con nefritis lúpica. También hay evidencia de que el ARN circular está involucrado en la lesión renal aguda. En estas circunstancias, el ARN circular demuestra ser un nuevo biomarcador y también se utiliza para la terapia dirigida de la enfermedad renal porque su pseudogén puede alterar la composición del ADN. [43]
Se ha demostrado que el ARN circular desempeña un papel en la enfermedad hepática crónica y la regulación de la homeostasis que conduce a la fibrosis hepática y a la enfermedad autoinmune mediante un mecanismo epigenético . [44]
El ARN circular tiene funciones tanto positivas como negativas en el cáncer. Por ejemplo, se descubrió que ciRS-7 es un oncogén en el tejido del cáncer colorrectal que regula la enfermedad. La sobreexpresión de este ciRS-7 conduce a una expresión génica desregulada que conduce a características fenotípicas malignas. Por otro lado, algunos CircRNA muestran efectos positivos como circ-ITCH que regula el cáncer de pulmón asociado con las esponjas oncogénicas miR7 y miR214 y la sobreexpresión de circ-ITCH inhibe la proliferación celular en el cáncer de pulmón. A partir de diferentes estudios de investigación, se ha descubierto que F-circM-9, F-circPR y F-circEA, FcircEA-2 están involucrados en el desarrollo de la leucemia y el cáncer. En la célula de osteosarcoma, circ-0016347 induce tumor y regulación negativa del objetivo de la caspasa-1 . Otro ARN circular hsa_circRNA_002178 conduce al cáncer de mama cuando sobreexpresa y regula negativamente la función de la proteína COL1A1. Por el contrario, el silenciamiento de hsa_circRNA_002178 redujo la producción de IL-6 y TNF-α, lo que inhibió el crecimiento y la inflamación del tumor. Algunos virus como el virus de Epstein Barr y el virus del papiloma humano pueden codificar ARN circulares como circEBNA_W1_C1 (VEB) y circE7 (VPH) que desempeñan un papel en la oncogénesis en individuos infectados. Como los circRNA participan en el proceso de desarrollo o regulación del cáncer, tienen el potencial de usarse como biomarcador en el proceso de vigilancia e identificación del cáncer. [45] El ARN circular tiene la ventaja de la estabilidad, la especificidad tisular y se puede encontrar en la sangre, la saliva, la orina, el líquido cefalorraquídeo y la secreción de fluidos corporales humanos que tiene abundancia en los exosomas y son buenos para usar como agente biomarcador del cáncer. [44] [45]
El ARN circular tiene una función en la progresión de la enfermedad autoinmune, actuando como una esponja de microARN que regula la metilación del ADN, la activación inmunitaria adaptativa y la secreción de moléculas coestimuladoras. [44]
El ARN circular desempeña un papel importante en la regulación inmunitaria y la inducción de respuestas de células T. El circRNA100783 está involucrado en la inmunidad y la senescencia de las células T CD8+. El circRNA-003780 y el circRNA-010056 también tienen funciones importantes para la diferenciación y polarización de los macrófagos. [45]
El ARN circular actúa como un agente inmunitario muy activo cuando se combina con antígenos proteicos solubles e induce una inmunidad adaptativa que no requiere una vía de administración específica. El ARN circular plasmático y el circRNA combinado tienen una mayor eficacia en el diagnóstico que el tratamiento específico de tejido y el ARN circular único. El tratamiento con ARN circular activa la diferenciación y maduración de las células dendríticas que luego secretan una gran cantidad de citocinas y quimiocinas diferentes al expresar los genes de IL-1β, IL-6 y TNFa. Después de la inmunización con ARN circular que codifica la secuencia del antígeno, se mejoran las respuestas de las células T mediadoras CD8+ al antígeno diana. El ARN circular tiene las propiedades muy ventajosas de estabilidad y larga vida útil, por lo que es útil para su uso como biomarcadores y plásmidos para expresar genes de interés. [46]
El ARN circular juega un papel importante en los mecanismos de miogénesis como circRBFOX2, circLMO7 actúa como un regulador negativo y CircSVIL actúa como un regulador positivo. [47] circRBFOX2 regula la expresión de miR-206 e induce la proliferación de mioblastos en un efecto negativo en el proceso de miogénesis. circLMO7 está involucrado en la sobreexpresión de HDAC4 y regula negativamente la expresión de MEF2A al regular positivamente miR-378a-3p, lo que conduce a la diferenciación de mioblastos. [47] CircSVIL, un regulador positivo, induce la actividad de miR-203, que es el inhibidor de la producción y diferenciación de mioblastos. circFUT10 está involucrado en la inhibición de la proliferación de mioblastos, pero mejora la diferenciación a través de la mejora de la expresión de SRF. [47] circSNX29 absorbe miR-744 y circFGFR2 absorbe miR-133a-5p y miR-29b-1-5p que promueven la diferenciación de mioblastos. circSNX29 activa las vías Wnt al mejorar la expresión de Wnt5a y CaMKIId que están involucradas en la regulación de la miogénesis. [47]
Los viroides son, en su mayoría, patógenos vegetales que consisten en fragmentos cortos (unos cientos de nucleobases) de ARN altamente complementarios, circulares, monocatenarios y no codificantes sin una cubierta proteica. En comparación con otros patógenos vegetales infecciosos, los viroides son extremadamente pequeños, de entre 246 y 467 nucleobases; por lo tanto, están compuestos por menos de 10.000 átomos. En comparación, el genoma de los virus más pequeños conocidos capaces de causar una infección por sí mismos tiene alrededor de 2.000 nucleobases de longitud. [48]
