环形RNA是一类不具有5末端帽子和3末端poly(A)尾巴，并以共价键形成闭合环状的非编码RNA分子。由于其结构的特殊性，在过去二十多年中仅有少数环形RNA被发现，并被认为是错误剪接的产物而没有得到重视。随着新一代高通量测序技术的发展，结合针对环形结构RNA分子的生物化学实验方法及生物信息学分析，研究人员现已在多种物种及同一物种不同细胞中发现了大量稳定存在的环形RNA。环形RNA根据其产生位置的不同可大致分为两类:一类是来源于基因内含子区域，经过内含子剪接所形成的ciRNA(circular intronic long noncoding RNA)，另一类来源于基因外显子区域，通过外显子环化所形成的circRNA(circular RNA)。本博士论文以这两类环形RNA为研究对象，结合多种分子生物学、细胞生物学及生物信息学的方法和手段，对两类环形RNA的加工成熟机制及功能方面进行探索研究。　　本博士论文第一章研究了内含子来源环形RNA的加工成熟机制和功能。首先利用Northern Blotting和RT-PCR等多种方法验证了ciRNA在多种细胞组织中稳定存在，并揭示ciRNAs的产生依赖于成环关键核酸序列，即位于5剪接位点含有7个核苷酸的GU-rich元件和3分支位点处含有11个核苷酸的C-rich元件，这些保守的成环关键核酸序列以未知的机制保护ciRNA所在的内含子套索结构(intron lariat)不被脱分支酶作用，从而形成环形RNA。有意思的是，我们研究发现ciRNA大多定位于细胞核中，并且富集在其转录位点附近，结合RNA聚合酶Ⅱ(RNA PolymeraseⅡ)复合体，通过调控RNA PolⅡ的转录活性来促进其来源基因的转录，发挥顺式调控作用。该项研究工作发现的内含子来源的环形RNA，在结构和概念上都是一类新型的长非编码RNA，丰富了人们对真核生物转录组表达调控多样性的认识。　　本博士论文第二章研究了外显子来源的环形RNA的生成与RNA转录的偶联机制，阐明了环形RNA在神经分化过程中表达上调原理。我们利用和发展4sUDRB纯化新生转录本系统监测环形RNA生成与RNA PolⅡ转录的动态偶联过程的实验技术，首次证明细胞内反向剪接RNA成环与顺序剪接相比发生效率非常低;大多数RNA成环发生在转录后水平;能够产生环形RNA的基因较非环形RNA产生基因转录速度更快，提示外显子RNA成环效率与其所在基因的RNA PolⅡ转录速度相偶联。利用基因组编辑技术内源敲除成环顺式调控元件，发现即使加快基因转录速度仍无法诱导RNA成环，实验结果进一步表明环形RNA是细胞精细调控的产物。值得一提的是，我们还证明环形RNA闭合环状的特殊结构赋予其高稳定性的特点，使之成为一种半衰期极长的“不朽的环形RNA(immortal circRNA)”。因此尽管环形RNA在转录水平产生效率较低，但通过累积效应可以达到较高的表达水平。而这一研究结果也在理论水平解释了人源胚胎干细胞神经分化过程中环形RNA表达显著上调这一现象，即神经细胞极慢的分裂速度增加了环形RNA在神经细胞中的累积。这一以实验数据为基础的系统研究，丰富了人们对环形RNA的认识，揭示了环形RNA生成与RNA转录的关系，为进一步研究环形RNA的功能作用奠定了基础。　　本博士论文第三章系统绘制了外显子来源环形RNA可变环化与可变剪接图谱，揭示了环形RNA可以通过可变环化和可变剪接机制产生新的外显子。此外，我们首次通过生化实验验证了环形RNA的可变反向剪接受到其上下游内含子间互补配对序列的竞争配对调控这一理论。这项工作为系统阐述环形RNA的生成加工及其在体内的潜在生物学功能奠定了理论基础。