環状RNA

分子生物学では、環状 RNA ( circRNA ) は、線状 RNA とは異なり、共有結合で閉じた連続ループを形成する一本鎖RNAの一種です。環状 RNA では、RNA 分子に通常存在する3' 末端と 5' 末端が結合しています。この特徴により、環状 RNA には数多くの特性が付与されますが、その多くは最近になってようやく特定されました。

多くの種類の環状RNAは、タンパク質をコードする遺伝子から生じます。一部の環状RNAはタンパク質をコードすることが示されています。^{[1] [2]一部の種類の環状RNAは、最近、}遺伝子調節因子としての可能性も示されました。ほとんどの環状RNAの生物学的機能は不明です。

環状RNAは5'末端や3'末端を持たないため、エキソヌクレアーゼによる分解に耐性があり、細胞内のほとんどの線状RNAよりも安定していると考えられます。^{[3]環状RNAは、}がんなどのいくつかの疾患と関連付けられています。^[4]

細菌の遺伝子とは対照的に、真核生物の遺伝子はイントロンと呼ばれる非コード配列によって分割されています。真核生物では、遺伝子がDNAからメッセンジャーRNA（mRNA）転写産物に転写されると、介在するイントロンが除去され、成熟したmRNAにはエクソンのみが残り、その後、翻訳されてタンパク質産物が生成されます。^[5]核内に存在するタンパク質-RNA複合体であるスプライソソーム^[5]は、次のようにスプライシングを触媒します。

1. スプライソソームは、5' 末端と 3' 末端にそれぞれドナースプライス部位 (または 5' スプライス部位) とアクセプタースプライス部位 (または 3' スプライス部位) と呼ばれる特定の配列が隣接するイントロンを認識します。
2. 次に、5' スプライス サイト シーケンスは、分岐点と呼ばれる下流シーケンスによる求核攻撃を受け、ラリアットと呼ばれる環状構造が形成されます。
3. その後、フリーの5'エクソンは3'スプライス部位を攻撃し、2つのエクソンを結合してイントロンラリアットと呼ばれる構造を放出します。イントロンラリアットはその後分岐が切断され、すぐに分解されます。^[5]

選択的スプライシングとは、スプライシング中にどのセグメントが「イントロン」と「エクソン」と見なされるかに基づいて、1 つの RNA 転写産物が異なるタンパク質産物を生成する現象です。^[5]人間に特有のものではありませんが、人間と他のはるかに単純な種 (線虫など) が同様の数の遺伝子 (20 〜 25,000 の範囲) を持っているという事実を部分的に説明します。^[6]選択的スプライシングの最も顕著な例の 1 つは、ショウジョウバエの DSCAM遺伝子で、約 30,000 の異なる選択的スプライシングアイソフォームを生み出すことができます。^[7]

エクソン スクランブリング (エクソン シャッフルとも呼ばれる) は、エクソンが「非標準的な」(非定型的な) 順序でスプライスされる現象を指します。エクソン スクランブリングが発生する原因は 3 つあります。

1. がんにおいてよく発生するゲノム内のエクソン重複。
2. トランススプライシングでは、2つのRNA転写産物が融合し、例えば2つの異なる染色体上にコードされている遺伝子に由来するエクソンを含む線状転写産物が生成される。トランススプライシングはC.エレガンスでは非常に一般的である。
3. スプライスドナー部位が一次転写産物のさらに上流にあるスプライスアクセプター部位に結合し、環状転写産物を生成する。^[8]

環状転写産物が不完全なスプライシングによる副産物であるという考えは、ほとんどのcircRNAの存在量が少なく、配列が保存されていないことから支持されているが^[9] 、異論もある。^{[8] [10] [3]}

反復Alu配列はヒトゲノムの約10％を占める。^[11] circRNAを形成する最初と最後のエクソンに隣接するタンパク質コード遺伝子の隣接イントロンにおけるAlu要素の存在は、circRNAの形成に影響を与える。^{[12] [13] [3] [14]} 隣接イントロンAlu要素が相補的であることは重要であり、これによりRNAのペアリングが可能になり、circRNAの合成が促進される。^[15]

RNAは転写後にRNA編集によって塩基修飾を受ける。RNA編集は主にタンパク質コード遺伝子のAlu要素で起こる。^[16]バックスプライス部位（BSS）に隣接する上流および下流のイントロンAlu要素におけるAからIへのRNA編集は、ヒトの心臓におけるcircRNAの形成を減少させる可能性がある。^[16]機能不全のヒトの心臓では、AからIへのRNA編集の顕著な減少がcircRNAの形成の増加につながり、これはバックスプライス部位に隣接するAlu要素のRNAのより良い相補的ペアリングによって媒介されると考えられる。^[16]

環状RNAの初期の発見は、その希少性ゆえに重要性がないと考えられていました。これらの初期の発見には、DCC遺伝子やSry遺伝子などの遺伝子の分析や、最近ではヒトの非コードRNA ANRILの発見が含まれており、これらはすべて環状アイソフォームを発現していました。ヒトETS-1遺伝子、ヒトおよびラットのシトクロムP450遺伝子、ラットのアンドロゲン結合タンパク質遺伝子（Shbg）、およびヒトジストロフィン遺伝子などのCircRNA産生遺伝子も発見されました。^[17]

2012年、がん特異的エクソンスクランブル現象を最初に特定する取り組みの中で、正常細胞とがん細胞の両方でスクランブルエクソンが大量に発見されました。スクランブルエクソンアイソフォームは白血球の全転写アイソフォームの約10%を占め、 HeLa細胞とH9胚性幹細胞では2,748のスクランブルアイソフォームが特定されました。さらに、発現した遺伝子の約50個に1個が、少なくとも10%の確率でスクランブル転写アイソフォームを生成しました。円形性を認識するために使用されたテストには、サンプルをRNase R （線状RNAは分解するが環状RNAは分解しない酵素）で処理することと、環状分子には存在しないポリAテールの存在をテストすることが含まれました。全体として、スクランブルアイソフォームの98%がcircRNAを表し、circRNAは細胞質に位置し、circRNAが豊富に存在することがわかりました。^{[17] [8]}

2013年、circRNAのより豊富な存在が発見されました。ヒト線維芽細胞RNAをRNase Rで処理して環状RNAを濃縮し、続いて環状転写産物をその存在量（低、中、高）に基づいて分類しました。 ^[3]発現遺伝子の約8分の1が、低存在量を含む検出可能なレベルのcircRNAを生成することがわかりました。これは以前の推測よりも大幅に高く、シーケンシングの深度が深いことに起因していました。^{[3] [8]}

同時に、circRNAを検出する計算手法が開発され、ヒト、マウス、C. elegansにおけるcircRNAのde novo検出と、それらの広範囲にわたる検証につながりました。circRNAの発現は、多くの場合、組織/発達段階に特異的であることがわかりました。さらに、circRNAは、miRNA結合部位を持つcircRNA CDR1asに代表されるように、mRNAの翻訳を妨害するマイクロRNAであるmiRNAの拮抗薬として作用する能力があることがわかりました（以下を参照）。^[18]

2014年、ENCODE Ribozero RNA-seqデータからヒトcircRNAが特定され、定量化されました。ほとんどのcircRNAはマイナースプライスアイソフォームであり、少数の細胞タイプでのみ発現していることが判明し、7,112のヒトcircRNAは少なくとも10％の環状分率（アイソフォームが同じ遺伝子座を転写する類似性の割合）を持っていました。circRNAは線形コントロールよりも保存されておらず、リボソームプロファイリングによると翻訳されていないことも判明しました。< ^[9]前述のように、circRNAはmiRNAの拮抗薬として機能する能力があり、これはマイクロRNAスポンジとして機能する可能性があることとしても知られています。CDR1asを除いて、マイクロRNAスポンジとして機能する可能性のあるcircRNAはごくわずかです。全体として、環状RNAの大部分は不完全なスプライシングの重要でない副産物であることがわかりました。^{[18] [9]}

同年、RNase R RNA-seqデータのないヒトの何千もの circRNA を識別するために使用されるツールである CIRCexplorer が開発されました。識別された高発現エクソン環状 RNA の大部分は、RefSeq遺伝子の中央に位置するエクソンから処理されていることが判明しており、環状 RNA の形成は一般に RNA スプライシングと連動していることを示唆しています。ほとんどの環状 RNA には複数の、最も一般的には 2 ～ 3 個のエクソンが含まれていることが判明しました。環状エクソンを 1 つだけ持つ circRNA のエクソンは、複数の環状エクソンを持つ circRNA のエクソンよりもはるかに長いことが判明しており、処理ではエクソンの環状化を最大化するために特定の長さが好まれる可能性があることが示されています。環状エクソンのイントロンには通常、Alu密度が高く、逆方向反復 Alu ペア (IRAlus) を形成できます。収束型または発散型の IRAlus は、隣接するエクソンとの距離がほぼ同じで、circRNA の隣接するイントロンに平行に並置されます。 IRAlusやその他の非反復的だが相補的な配列も、環状RNAの形成を促進することがわかった。一方、エクソンの環状化効率はRNA対合の競合によって影響を受けることが判明しており、代替RNA対合とその競合が代替環状化につながる。最後に、エクソンの環状化とその制御はどちらも進化的に動的であることが判明した。^[15]

クルチャガ研究室は、アルツハイマー病（AD）におけるcircRNAの初めての大規模分析を実施し、circRNAが健康と病気に果たす役割を実証した。複数のデータセットにおいて、偽発見率（FDR）補正後のアルツハイマー病の状態および死亡時の臨床的認知症評価（CDR）と有意に関連があることが判明した。circRNAの発現は直系形態とは無関係であり、circRNAの発現は細胞の割合によっても補正された。circRNAは、APPやPSEN1などの既知の原因アルツハイマー遺伝子と共発現していることも判明しており、一部のcircRNAも原因経路の一部であることがわかる。全体として、circRNAの脳発現は、APOε4アレルの数よりもアルツハイマー病の臨床症状について多くのことを説明することが判明しており、circRNAはアルツハイマー病の潜在的なバイオマーカーとして使用できる可能性があることを示唆している。^[19]

環状RNAは5つのクラスに分けられる：^{[20] [21]}

最近のヒト circRNA の研究では、これらの分子は通常 1～5 個のエクソンで構成されていることが明らかになりました。^[18]これらのエクソンはそれぞれ、平均的に発現するエクソンの最大 3 倍の長さになる可能性があり、^[3]エクソンの長さがどのエクソンを環状化するかを決定する上で役割を果たす可能性があることを示唆しています。環状化されたエクソンの 85% は、タンパク質をコードするエクソンと重複していますが、^[18]環状 RNA 自体は翻訳されていないようです。circRNA の形成中、エクソン 2 は上流の「アクセプター」エクソンであることが多いです。^[8]

環状化されるように選択されたエクソンを囲むイントロンは、平均して、プレサークルエクソンを囲まないイントロンよりも最大3倍長くなりますが、^{[8] [3]}なぜそうなるのかはまだ明らかではありません。環状にならない領域と比較すると、これらのイントロンには、ゲノム内で最も一般的なトランスポゾンであるAluの相補的な逆位Aluリピートが含まれる可能性がはるかに高くなります。 ^[3] Aluリピートが互いに塩基対を形成することで、スプライス部位が互いを見つけることができ、環状化が促進される可能性があると提案されています。^{[10] [3]}

circRNA内のイントロンは比較的高い頻度（約25％）で保持され、^[9]成熟したcircRNAに余分な配列が追加されます。

細胞内では、circRNAは主に細胞質に存在し、遺伝子に由来する環状RNA転写産物の数は、その遺伝子座から生成される関連線状RNAの数の最大10倍になることがあります。環状RNAが比較的小さな核孔を通って核からどのように出るかは不明です。核膜は有糸分裂中に分解されるため、分子は細胞周期のこの段階で核から出るというのが1つの仮説です。^[3] しかし、CiRS-7/CDR1asなどの特定のcircRNAは、有糸分裂が一般的ではない神経組織で発現しています^{[18] [25]}。

CircRNA はポリアデニル化末端を欠いているため、エキソヌクレアーゼによる分解を受けにくいと予測されています。2015 年に Enukaらは、同じ宿主遺伝子から発現した 60 個の circRNA とその線状対応物の半減期を測定し、乳腺細胞の circRNA の半減期の中央値 (18.8 ～ 23.7 時間) が線状対応物の半減期の中央値 (4.0 ～ 7.4 時間) よりも少なくとも 2.5 倍長いことを明らかにしました。^[26]一般に、RNA 分子の寿命によって応答時間が決まります。^[27]したがって、乳腺の circRNA は成長因子による刺激にゆっくりと反応することが報告されています。^[26]

CircRNAは、生命のさまざまな領域でさまざまな種で特定されています。2011年に、Dananらは古細菌のRNAの配列を決定しました。全RNAをRNase Rで消化した後、環状種を特定することができ、circRNAは真核生物に特有のものではないことが示されました。^[28]しかし、これらの古細菌の環状種はおそらくスプライシングによって作られていないため、環状RNAを生成する他のメカニズムが存在する可能性が高いことが示唆されています。

CircRNAはヒトとヒツジの間で大部分が保存されていることが判明した。ヒツジの頭頂葉皮質と末梢血単核細胞からの全RNA配列データを解析したところ、検出されたcircRNAの63%が既知のヒトcircRNAと相同であることが示された。^[29]

より密接な進化的つながりとして、マウスの精巣からのRNAとヒト細胞からのRNAを比較したところ、69個の相同circRNAが見つかりました。たとえば、ヒトとマウスは両方ともHIPK2遺伝子とHIPK3遺伝子をコードしており、これらは両種で特定のエクソンから大量のcircRNAを生成する2つの相同キナーゼです。 ^[3]進化的保存は、RNAの環状化が関連して重要な役割を果たしている可能性を強めています。

マイクロRNA（miRNA）は、多種多様な生物学的プロセスに関与するメッセンジャーRNAの翻訳を抑制する小さな（約21nt）非コードRNAです。^{[30]マイクロRNAは標的の}メッセンジャーRNA （mRNA） と直接塩基対を形成し、相補性の程度に応じてmRNAの切断を引き起こすことができます。

マイクロRNAは「シードファミリー」に分類されます。ファミリーのメンバーは、シード領域として知られるヌクレオチド2～7を共有します。^[31] アルゴノートタンパク質は、miRNAが仕事を遂行するのを助ける「エフェクタータンパク質」であり、マイクロRNAスポンジは、特定のファミリーのmiRNAを「スポンジアップ」するRNAであり、特定のシード領域を認識する複数の結合部位の存在により、miRNAがmRNAターゲットに結合する能力を抑制する競合阻害剤として機能します。 ^[31]特定の環状RNAには多くのmiRNA結合部位があり、これがスポンジングとして機能する可能性があるという手がかりをもたらしました。最近の2つの論文では、CDR1as/CiRS-7と呼ばれる環状スポンジを詳細に調査することでこの仮説を確認しましたが、他のグループは、架橋および免疫沈降によって分離されたRNAのハイスループットシーケンシング（HITS-CLIP）データを使用して、環状RNAとアルゴノート（AGO）タンパク質との潜在的な相互作用を分析した結果、環状RNAがmiRNAスポンジとして機能するという直接的な証拠は見つかりませんでした。^[32]

CDR1as/CiRS-7は、ヒトCDR1遺伝子座のゲノムアンチセンスにコードされており（そのためCDR1asという名前が付けられている）、^{[18] miR-7を標的としている（そのためCiRS-7 –} miR-7用の環状RNAスポンジという名前が付けられている）。^[25] これには60を超えるmiR-7結合部位があり、これは既知のどの線状miRNAスポンジよりもはるかに多い。^{[18] [25]}

AGO2はmiR-7の関連アルゴノートタンパク質である（上記参照）。CDR1as/CiRS-7はmiR-671とその関連アルゴノートタンパク質によって切断されるが、^[25] miR-7とAGO2では切断されない。マイクロRNAの切断活性は12番目のヌクレオチド位置を超える相補性に依存しており、CiRS-7の結合部位のいずれもこの要件を満たしていない。

ゲノムにCDR1遺伝子座を持たないゼブラフィッシュを用いた実験では、CiRS-7のスポンジ活性の証拠が得られている。発生中、miR-7はゼブラフィッシュの脳で強く発現する。ゼブラフィッシュにおけるmiR-7の発現を抑制するために、Memczakらは標的分子を塩基対合させて隔離できるモルフォリノと呼ばれるツールを利用した。 ^{[33]モルフォリノ処理は、注入した}プラスミドを 使用してゼブラフィッシュの脳にCiRS-7を異所的に発現させた場合と同様に、中脳の発達に深刻な影響を及ぼした。これは、生体内でCiRS-7とmiR-7の間に有意な相互作用があることを示している。^[18]

もう一つの注目すべき環状 miRNA スポンジはSRYです。マウスの精巣で高度に発現している SRY は、miR-138スポンジとして機能します。^{[25] [34]} ゲノムでは、SRY は 15.5 キロベース (kb) を超える長い逆位反復(IR) に挟まれています。IR の 1 つまたは両方が削除されると、環状化は発生しません。この発見により、逆位反復が環状化を可能にするという考えが導入されました。^[35]

環状RNAスポンジは、高い発現レベル、安定性、および多数のmiRNA結合部位を特徴とするため、線状RNAスポンジよりも効果的なスポンジである可能性が高い。^[10]

最近ではcircRNAの「スポンジ」機能に注目が集まっているが、科学者たちは他の機能の可能性も検討している。例えば、成体マウスの海馬の一部の領域ではCiRS-7の発現が見られるがmiR-7の発現は見られず、CiRS-7がmiRNAとの相互作用とは独立した役割を果たしている可能性を示唆している。^[18]

潜在的な役割には次のようなものがあります。

• miRNA以外のRNA結合タンパク質（RBP）およびRNAに結合してRNAタンパク質複合体を形成する。^[10] これらの複合体は、例えば遺伝子またはウイルス感染の標準的な線状転写産物とのRBPとRNAの相互作用を制御する可能性がある。^{[8] [36]}
• タンパク質生産
  • 1995年にチェンとサーノウは、IRES（内部リボソーム進入部位）を含む合成circRNAが試験管内でタンパク質産物を生成するのに対し、IRESを含まないcircRNAは生成しないことを示した。試験されたcircRNAは完全に人工的な構造であったが、チェンとサーノウは論文の中で、circRNAが自然にIRES要素を含むかどうかを調べることに興味があると述べた。^[37]
  • Jeck et al. 2013: 翻訳「開始コドン」を含む天然circRNAをテストしました。しかし、これらの分子はいずれもリボソームに結合しなかったため、多くのcircRNAは生体内で翻訳されない可能性があることが示唆されました。^[3]
• miRNAを細胞内に輸送する。CiRS-7がmiR-671によって切断されるという事実は、適切なタイミングでmiRNAの「負荷」を放出するシステムの存在を示している可能性がある。^[38]
• 限定された塩基対合を介して細胞内のmRNAを制御する。miR-7がCiRS-7の制御活性を調節するのであって、その逆ではないことが正式には可能である！^{[18] [38]}

通常、イントロンラリアット（上記参照）は分岐が切断され、急速に分解されます。しかし、分岐切断の失敗により、環状イントロンの長い非コードRNA（ciRNAとも呼ばれる）が形成される可能性があります。^[39] CiRNAの形成はランダムなプロセスではなく、5'スプライス部位と分岐点部位（上記参照）の近くの特定の要素の存在に依存しているようです。

CiRNA は、細胞質よりも核に多く存在するという点で circRNA とは異なります。さらに、これらの分子には miRNA 結合部位がほとんど (またはまったく) ありません。スポンジとして機能する代わりに、ciRNA は親遺伝子の発現を制御する機能を果たすようです。たとえば、ci-ankrd52 と呼ばれる比較的豊富な ciRNA は、Pol II転写を正に制御します。多くの ciRNA は、核内の「合成部位」に留まります。ただし、ciRNA は、単に親遺伝子を制御する以外の役割を持つ可能性があり、ciRNA は「合成部位」以外の核内の追加の部位に局在します。^[39]

分子生物学のほとんどのトピックと同様に、環状 RNA を人類を助けるツールとしてどのように使用できるかを検討することが重要です。その豊富さ、進化的保存、および潜在的な制御役割を考えると、環状 RNA が病因の研究や治療介入の考案にどのように使用できるかを調べることは価値があります。例:

• 環状ANRIL（cANRIL）は、長い非コードRNA（ncRNA）であるANRILの環状形態です。cANRILの発現は、動脈が硬くなる疾患であるアテローム性動脈硬化症のリスクと相関しています。cANRILはINK4 /ARFの発現を変化させ、それがアテローム性動脈硬化症のリスクを高める可能性があると提案されています。 ^[40] cANRIL発現のさらなる研究は、アテローム性動脈硬化症の予防または治療に使用できる可能性があります。
• miR-7は、いくつかの癌や原因不明の脳疾患であるパー​​キンソン病において重要な調節的役割を果たしている。 ^[25] CiRS-7のスポンジ活性は、miR-7活性に対抗するのに役立つ可能性がある。環状スポンジ活性が実際に有害なmiRNA活性に対抗するのに役立つ場合、科学者はスポンジ発現を導入する最良の方法、おそらく生物間で伝達される合成遺伝子であるトランスジーンを介して、を見つける必要があるだろう。トランスジーンが特定の組織でのみ発現するか、または誘導された場合にのみ発現するかを検討することも重要である。^[31]
• 環状RNAは低酸素によって制御されることがわかっており、特に環状RNA cZNF292は内皮細胞において血管新生促進活性を持つことが判明した。^[32]
• 環状RNAは、HIV-1が体の免疫防御を回避するのを助ける役割を果たすことが発見されました。Vprとして知られるHIVタンパク質は、ciTRANと呼ばれる環状RNA分子の生成を誘導しました。その後、ciTRANはSRSF1と呼ばれる特定のタンパク質に結合し、それによってSRSF1のHIV-1転写を阻害する能力を効果的に破壊することが観察されました。^[41]

Dubeら^[19]は、脳の環状RNA（circRNA）がアルツハイマー病につながる病因の一部であることを初めて実証し、特定のcircRNAが対照群と比較してAD症例で異なって発現し、それらの影響が病気の早期に検出できるという仮説を立てました。彼らは、環状RNA（circRNA）の新しい分析パイプラインを最適化し、検証しました。彼らは3段階の研究設計を実行し、Knight ADRC脳RNA-seqデータを発見（ステージ1）として使用し、Mount Sinaiのデータを使用して複製（ステージ2）し、メタ分析（ステージ3）を使用して、アルツハイマー病で異なって発現する最も重要なcircRNAを特定しました。彼のパイプラインを使用して、13人の対照群と83人のアルツハイマー症例からのRNA-seqを含むKnight ADRCコホートで厳格なQCに合格した3,547のcircRNAと、MSBBデータセットで厳格なQCに合格した3,924のcircRNAを発見しました。発見と複製の結果のメタ分析により、FDR 補正後に CDR と有意に相関する circRNA が合計 148 個あることが明らかになりました。さらに、circHOMER1 (P =2.21×10 ⁻¹⁸ ) や circCDR1-AS (P = 2.83 × 10 ⁻⁸ ) など 33 個の circRNA が、遺伝子に基づく厳格な Bonferroni 多重検定補正 5×10-6 に合格しました。研究者らは、circRNA の発現が、アルツハイマー病研究における脳 RNA-seq 分析を混乱させる可能性のある線状形態や細胞比率とは無関係であることを実証するために、追加の分析も行いました。彼らはすべてのcircRNAを線状形態とともに共発現解析を行い、対照群と比較してアルツハイマー病で差次的に発現するものも含めcircRNAがAPPやPSEN1などの既知のアルツハイマー病原因遺伝子と共発現していることを発見し、一部のcircRNAも原因経路の一部であることを示しています。彼らはまた、circRNAの脳内発現がAPOε4対立遺伝子の数よりもアルツハイマー病の臨床症状についてより多くを説明することを実証し、アルツハイマー病の潜在的なバイオマーカーとして使用できることを示唆しています。これは、circRNAがゲノムワイド規模で、大規模で十分に特徴付けられたコホートでヒトの脳サンプルで定量化および検証（リアルタイムPCRによる）された初めての研究であるため、この分野にとって重要な研究です。また、これらのRNA形態がアルツハイマー病を含む複雑な形質に関係している可能性が高いことを実証しており、病気につながる生物学的イベントの理解に役立つでしょう。

最近の研究では、circRNA が心不全や心臓病に関連していることが示されています。circFOXO3、Titin 遺伝子、circSLC8A1-1、circAmotl1 は、心臓病に関連するアップレギュレーションまたは阻害を通じて心臓機能に重要な役割を果たします。circFOXO3 の過剰発現とそのダウンレギュレーションは、転写因子 E2F1、HIF1α、タンパク質 ID1、FAK に結合し、DOX によって誘発される心筋症を引き起こします。Titin 遺伝子由来の circRNA は、心筋細胞に心毒性を誘発します。circSLC8A1-1 の過剰発現は、心臓肥大調節因子 miR-133 のスポンジングを引き起こし、心不全につながります。circRNA 媒介心臓病とは別に、いくつかの circRNA は心臓損傷の修復に役割を果たしています。例えば、circAmotl1の過剰発現は、心臓修復を制御するAKTの結合と転座を通じて心筋細胞の寿命を延ばす。環状RNA CDR1は、心筋の感染時に重要な役割を果たしている。CircNfixのダウンレギュレーションにより、心筋感染後に心機能障害が発生する。さまざまな種類の環状RNAが心臓病に関連しているため、潜在的なバイオマーカーおよび治療ターゲットとして使用できます。たとえば、circRNA_025016がバイオマーカーとして使用されている心臓手術後、一部の患者で術後心房細動が観察されています。さまざまな研究調査から、環状RNAの過剰発現とダウンレギュレーションと心臓病の関連性が明らかになっていますが、まだ不明です。したがって、環状RNAをバイオマーカーとして使用して心機能障害のさまざまな段階で病気の進行を追跡し、細胞への遺伝子送達の目的で使用できるようにするためのさらなる研究が必要です。^[42]

さまざまな研究により、環状RNAは腎細胞癌、急性腎障害、糖尿病性腎症、ループス腎炎などの腎疾患の予後因子およびバイオマーカーとして機能することが実証されています。ループス腎炎患者では、腎慢性化は、circHLA-Cによって負に制御されるmiR-150と関連しています。また、環状RNAが急性腎障害に関与しているという証拠もあります。これらの状況では、環状RNAは新しいバイオマーカーであることが証明されており、その擬似遺伝子がDNA組成を変えることができるため、腎臓疾患の標的治療にも使用されています。^[43]

環状RNAは慢性肝疾患や恒常性調節に役割を果たし、エピジェネティックなメカニズムによって肝線維症や自己免疫疾患につながるという証拠が見つかった。^[44]

環状RNAは、がんにおいてプラスとマイナスの両方の機能を持っています。例えば、ciRS-7は大腸がん組織でがんを制御するがん遺伝子であることがわかりました。このciRS-7の過剰発現は遺伝子発現の調節異常につながり、悪性表現型の特徴につながります。一方、一部のCircRNAは、腫瘍形成スポンジmiR7およびmiR214に関連する肺がんを制御するcirc-ITCHなどのプラスの効果を示し、circ-ITCHの過剰発現は肺がんの細胞増殖を阻害します。さまざまな研究調査から、F-circM-9、F-circPR、F-circEA、FcircEA-2が白血病とがんの発症に関与していることが判明しています。骨肉腫細胞では、circ-0016347が腫瘍とカスパーゼ-1標的のダウンレギュレーションを引き起こします。別の環状RNA hsa_circRNA_002178は、 COL1A1タンパク質の機能を過剰発現およびダウンレギュレーションすると、乳がんにつながります。対照的に、hsa_circRNA_002178のサイレンシングはIL-6およびTNF-αの産生を減少させ、腫瘍の成長と炎症を抑制しました。エプスタインバーウイルスやヒトパピローマウイルスなどの一部のウイルスは、感染者の腫瘍形成に役割を果たすcircEBNA_W1_C1（EBV）やcircE7（HPV）などの環状RNAをコードすることができます。circRNAは癌の発達または制御プロセスに関与しているため、癌の監視および識別プロセスでバイオマーカーとして使用できる可能性があります。^{[45]環状RNAは安定性、組織特異性の利点があり、血液、唾液、尿、脳脊髄液、および}エクソソームに豊富に含まれるヒトの体液分泌物に見られ、癌バイオマーカー剤として使用できます。^{[44] [45]}

環状RNAは自己免疫疾患の進行において、DNAメチル化、適応免疫活性化、共刺激分子分泌を制御するmiRNAスポンジとして機能する機能を有する。 ^[44]

環状RNAは免疫調節とT細胞応答の誘導に重要な役割を果たしている。circRNA100783はCD8+ T細胞の免疫と老化に関与している。circRNA-003780とcircRNA-010056もマクロファージの分化と極性化に大きな役割を果たしている。^[45]

環状RNAは、可溶性タンパク質抗原と結合すると非常に活性な免疫剤として作用し、特定の投与経路を必要としない適応免疫を誘導する。血漿環状RNAと複合circRNAは、組織特異的治療や単独の環状RNAよりも診断効率が高い。環状RNAによる治療は樹状細胞の分化と成熟を活性化し、その後、IL-1β、IL-6、TNFaの遺伝子を発現することにより、多数の異なるサイトカインとケモカインを分泌する。抗原配列をコードする環状RNAで免疫すると、標的抗原に対するCD8+メディエーターT細胞の応答が強化される。環状RNAは安定性と長い保存期間という非常に有利な特性を持っているため、バイオマーカーや目的の遺伝子を発現するためのプラスミドとして有用である。^[46]

環状RNAは、circRBFOX2などの筋形成メカニズムにおいて重要な役割を果たしており、circLMO7は負の調節因子として機能し、CircSVILは正の調節因子として機能します。 ^[47] circRBFOX2はmiR-206の発現を調節し、筋形成プロセスに負の効果で筋芽細胞の増殖を誘導します。circLMO7はHDAC4の過剰発現に関与し、miR-378a-3pを上方制御することでMEF2Aの発現をダウンレギュレーションし、筋芽細胞の分化を導きます。 ^[47]正の調節因子であるCircSVILは、筋芽細胞の生成と分化の阻害剤であるmiR-203の活性を誘導します。circFUT10は筋芽細胞の増殖の阻害に関与していますが、SRF発現の増強を通じて分化を促進します。^[47] circSNX29はmiR-744を吸収し、circFGFR2はmiR-133a-5pとmiR-29b-1-5pを吸収して筋芽細胞の分化を促進する。circSNX29は筋形成の調節に関与するWnt5aとCaMKIIdの発現を増強することでWnt経路を活性化する。^[47]

ウイロイドは主に植物病原体で、タンパク質の殻を持たない、非常に相補的な環状一本鎖非コードRNAの短い配列（数百塩基）から構成されています。他の感染性植物病原体と比較すると、ウイロイドはサイズが非常に小さく、246～467塩基の範囲で、10,000個未満の原子で構成されています。比較すると、単独で感染を引き起こすことができる既知の最小のウイルスのゲノムは約2,000塩基長です。^[48]