バックスプライシングとは？環状RNA（circRNA）が生まれる仕組みと、がん・アルツハイマー病の最新バイオマーカーへの応用を遺伝専門医が解説

長い間、遺伝情報を伝えるRNAは「端から端へ一直線」につながるものと考えられてきました。ところが近年、その常識を覆す「バックスプライシング（逆向きのつなぎ合わせ）」という現象が注目を集めています。この仕組みから生まれる環状RNA（サークルRNA）は、いまやがんやアルツハイマー病を血液一滴で早期に見つける次世代バイオマーカーとして、世界の研究の最前線に立っています。この記事では、バックスプライシングの仕組みから最新の臨床応用までを、臨床遺伝専門医がやさしく解説します。

1. バックスプライシングとは？「逆向きのつなぎ合わせ」が生む輪っか状のRNA

私たちの体の設計図であるDNAから、タンパク質を作るための「指示書」が転写されます。この指示書のもとになるのがプレmRNA（mRNA前駆体）と呼ばれる長いRNAです。プレmRNAには、タンパク質の情報を持つエクソンと、その間に挟まれた不要な部分であるイントロンが交互に並んでいます。そこからイントロンを切り取り、エクソン同士を順番につなぎ合わせて完成版の指示書（成熟mRNA）を作る工程を「スプライシング」と呼びます。長い間、このつなぎ合わせは5’末端（上流）から3’末端（下流）へ向かって一直線に進むものだと考えられてきました。これを標準的スプライシング（正規のスプライシング）といいます。

ところが、次世代シーケンサー（DNAやRNAの配列を高速で読み取る装置）の進歩により、この一直線というルールから外れた現象が、ヒトをはじめとする多くの生物でごく普通に起きていることが分かってきました。それがバックスプライシング（back-splicing、逆向きのつなぎ合わせ）です。バックスプライシングでは、本来なら前から後ろへ進むはずのつなぎ方が逆転し、下流側にあるエクソンの先頭が、上流側にあるエクソンの末尾へと「巻き戻る」ように結合します。その結果、端と端がつながった輪っか状のRNA、すなわち環状RNA（circular RNA：circRNA）が誕生します。

同じプレmRNAから、順方向につなげば一直線の直鎖状mRNAが、逆方向につなげば端のない環状RNA（circRNA）ができる。両者は同じ材料を取り合う「競合」の関係にある。

この輪っか状という構造が、環状RNAに特別な性質を与えます。私たちの細胞には、不要になったRNAをすばやく分解する酵素（RNA分解酵素）がありますが、その多くはRNAの「端」から食べ進むタイプです。環状RNAには切り込む端がないため、通常の直鎖状RNAに比べてはるかに壊れにくく、長く安定して存在できます。この安定性が、後で述べるバイオマーカー（病気の目印）としての価値に直結します。

環状RNAそのものは、実は1970年代後半に電子顕微鏡で初めて観察されていました。しかし当時は技術も理解も追いつかず、長らくスプライシングの過程で偶然生じた「副産物」に過ぎないと見なされていました。それが現代の網羅的な解析によって、バックスプライシングは決して偶発的なエラーではなく、生物の進化の中で保たれてきた、さまざまな因子によって精密に制御される独立した生合成経路であることが明らかになったのです。

2. どうやって輪っかができる？3つの生合成モデル

バックスプライシングも、標準的スプライシングと同じくスプライソソームという巨大な分子マシンによって触媒されます。違うのは、本来離れているはずのスプライス部位同士を、どうやって物理的に近づけて逆向きの結合を起こすか、という点です。これまでの研究で、主に3つのモデルが提唱され、広く受け入れられています。これらは互いに排他的ではなく、細胞の状況や遺伝子の特徴に応じて使い分けられています。

モデル①：イントロン対合駆動型（配列が引き合って折りたたむ）

ヒトを含む高等な動物で最も頻繁に見られるのが、この「直接バックスプライシングモデル」です。鍵を握るのは、環状化されるエクソンの両側にあるイントロンに存在する逆方向相補的配列（互いに向かい合うとぴったり結合できる配列）です。ヒトのゲノムでは、トランスポゾン（ゲノム内を移動してきた反復配列）由来のAlu要素という配列が、この役割を担うことが多くあります。

上流と下流のイントロンに、互いに向かい合うと結合できるAlu要素が存在すると、それらが認識し合って強く塩基対を組みます。すると一時的に二重鎖の構造（ステムループ）ができ、プレmRNAが大きく折りたたまれます。この折りたたみによって、本来ゲノム上で何千塩基も離れていた下流のドナー部位と上流のアクセプター部位が、物理的にすぐ近くまで引き寄せられるのです。スプライソソームはこの近づいたペアを認識し、逆向きの結合を触媒します。この経路は、同じプレmRNAを材料として標準的スプライシングと直接「取り合う」競合関係にあります。

モデル②：ラリアット駆動型（エクソンの読み飛ばしから生まれる）

「ラリアットモデル」または「エクソンスキッピングモデル」では、モデル①とは時間の順序が逆転し、標準的スプライシングが先に起こってからバックスプライシングが続きます。標準的スプライシングの最中に、スプライソソームが1つまたは複数のエクソンを読み飛ばし（スキップ）すると、飛ばされたエクソンとイントロンを含む、投げ縄のような形をした「ラリアット中間体」がプレmRNAから切り出されます。

この投げ縄状の閉じた構造の内部で、残っているスプライス部位が二次的なバックスプライシングの標的となり、内側のエクソン配列が環状RNAとして放出されます。後に残ったイントロンの輪は、環状イントロンRNA（ciRNA）として機能するか、専用の酵素で分解されます。シロイヌナズナやトウモロコシといった植物では、このラリアット型の環状RNA形成が広く見られることが報告されています。また、切り出されるエクソンの長さそのものが、環状化の効率を決める重要な予測因子になることも、網羅的な変異解析で実証されています。

モデル③：RNA結合タンパク質（RBP）駆動型（タンパク質が橋渡しする）

Alu要素のような反復配列がゲノム上に少ない生物種でも、環状RNAは広く作られています。そうした環境でバックスプライシングを可能にするのが、RNA結合タンパク質（RBP）を介したモデルです。特定のRBPが、環状化されるエクソンを挟むイントロン内の決まった配列（モチーフ）に結合し、結合したRBP同士が二量体（2つでペアを組む）を形成することで、RNA鎖の間にタンパク質の橋を架けます。この橋の引っ張る力が、ドナー部位とアクセプター部位を近づけ、相補的な配列がなくても逆向きの結合を誘導するのです。次の章では、この主役となるRBPたちが、バックスプライシングをどう操っているかを詳しく見ていきます。

3. アクセルとブレーキ：RNA結合タンパク質による精密制御

バックスプライシングは無秩序に起きているわけではありません。細胞内外の環境シグナル、細胞の分化段階、低酸素などのストレス状態に応じて、ダイナミックに変化する厳密に制御されたプロセスです。この制御は、プレmRNA上に書き込まれたシスエレメント（同じRNA分子上にある調節配列）と、そこに結合する多数のトランスファクター（外から働きかける調節因子）との複雑なやり取りで成り立っています。とりわけRBPによる制御は、環状化を「促進する因子」と「抑制する因子」がプレmRNA上で陣取り合戦を繰り広げる、アクセルとブレーキの綱引きのような様相を呈しています。

アクセル役：環状化を促進するRBP

促進側の代表がQKI（Quaking）です。QKIはプレmRNA上の特定の配列に結合した後、自身が二量体を組むことで、遠く離れた上流のアクセプター部位と下流のドナー部位を物理的に引き寄せる強力なループ構造を作り、バックスプライシングを劇的に誘導します。またFUSというタンパク質は、逆向きのつなぎ合わせを促進するだけでなく、できあがった環状RNA自身とも結合してポジティブフィードバック（増幅）の輪を作り、がんを促進する環状RNAの持続的な発現を支えます。さらに、免疫応答に関わるNF90/NF110というRBP複合体は、イントロン内の向かい合ったAlu配列に直接結合して二重鎖構造を安定させ、環状化の効率を底上げします。

ブレーキ役：環状化を抑える安全装置

環状RNAが作られすぎると、細胞に必要な直鎖状mRNAが枯渇してしまう危険があります。そのため、過剰なバックスプライシングを監視して抑える強力な「安全装置（フェイルセーフ機構）」が備わっています。その代表がADAR1とDHX9です。

ADAR1は、RNAの「A-to-I編集」という化学修飾を行う酵素です。イントロン内のAlu配列同士が塩基対（A-U結合）を組んでバックスプライシングの準備をしているとき、ADAR1はこの二重鎖領域に入り込み、アデノシン（A）をイノシン（I）に変換します。するとI-Uのミスマッチが生じて二重鎖の構造が崩れ、スプライス部位の近接が解除されることで、結果として環状化が強く抑えられます。DHX9はRNAヘリカーゼ（RNAの二重鎖をほどく酵素）として、Alu配列同士の強固な二重鎖を物理的に巻き戻し、環状RNAの生成を抑えます。がん組織ではDHX9が過剰に働いていることが多く、これが異常な環状RNAプロファイルの形成とがんの進行に関わるとされています。

トランスクリプトームの守護者：hnRNP Cと免疫の意外な関係

近年の先駆的な研究で、hnRNP CというRBPが、単なる調節因子を超えて、細胞のRNA全体（トランスクリプトーム）を守る「守護者（Guardian）」として働くことが分かってきました。これはスプライシング異常とがん免疫が交差する、きわめて重要な発見です。hnRNP Cは、環状化するエクソンの近くにあるAlu要素や、ウリジン（U）が9個以上連続する配列に強く結合し、向かい合ったAlu同士が二重鎖を組むのを物理的にブロックします。これにより、バランスが標準的な直鎖スプライシングへと傾き、細胞は必須タンパク質を作るための直鎖mRNAを確保できます。

この守護機構の重要性は、MYC遺伝子が増幅した悪性度の高い第3群髄芽腫（小児の脳腫瘍の一種）のモデルで劇的に示されました。これらのがん細胞では、活発な性質を保つためにhnRNP Cが働いて異常なバックスプライシングを抑え込んでいます。ところが実験的・治療的にhnRNP Cを枯渇させると、守護機構が破綻して環状化が急増し、さらに切り出された二重鎖RNA（dsRNA）が安定化して細胞質に大量にたまり始めます。

細胞質に漏れ出たこの内因性の二重鎖RNAは、細胞のセンサーによって「ウイルス感染のような外来の異物RNA」と誤認され、強力なインターフェロン（抗ウイルス免疫の司令物質）を介した自然免疫応答を引き起こします。この一連の流れにはcGAS-STING経路をはじめとする自然免疫の仕組みが深く関わります。つまりhnRNP Cは、RNA全体を過剰な環状化から守るだけでなく、不都合な自己炎症を抑える「免疫チェックポイント」のような役割も果たしているのです。この知見は、hnRNP Cを薬で阻害して、がん細胞の中にあえて炎症性の免疫応答を起こし、宿主の免疫監視を再活性化させるという、全く新しい治療戦略の基盤になると期待されています。

4. 環状RNAは何をしている？多彩な生物学的機能

壊れにくく安定した環状RNAは、かつては機能を持たない「ジャンクRNA」と考えられていました。しかし現在では、遺伝子の発現を調節するネットワークの中核を担うことが分かっています。代表的な働きを3つ見ていきましょう。

働き①：miRNAスポンジ（小さなRNAを吸い取るスポンジ）

最もよく研究されているのが、マイクロRNA（miRNA）を吸着する「スポンジ」としての機能です。miRNAは、標的となる直鎖状mRNAに結合して、その翻訳を妨げたり分解を促したりすることで、遺伝子の働きを抑える小さなRNAです。一部の環状RNAは、その配列上に特定のmiRNAが結合できる部位（miRNA応答配列：MRE）を何十個も並べて持っています。これらの環状RNAは、標的mRNAの「身代わり（おとり）」として働き、細胞内に漂うmiRNAを大量に捕まえます。その結果、miRNAの有効濃度が下がり、本来抑えられていた遺伝子の発現が逆に高まる(脱抑制)のです。この一連の仕組みを競合的内在性RNA（ceRNA）ネットワークと呼びます。

この機能の最も有名な例がCDR1as（別名ciRS-7）という環状RNAです。CDR1asの配列上には、がんを抑える働きを持つmiR-7に対する結合部位が70か所以上も高密度に並んでいます。がん細胞でCDR1asが過剰に増えると、miR-7がほぼ完全に吸い取られ、miR-7が本来抑えていたEGFRなどの発がんシグナルが活性化してしまいます。一方で、胃がん細胞で働くcirc-ITCHのように、別のmiRNAを吸着してがんの転移を抑える「がん抑制側」の環状RNAも存在し、ceRNAネットワークの複雑さを物語っています。

働き②：タンパク質のスポンジ・足場（分子を捕まえ、組み立てる）

環状RNAが吸着する相手は、miRNAのような核酸だけではありません。特定のタンパク質を捕まえる「RBPスポンジ」としても働きます。環状RNAがRBPを強く捕まえると、そのRBPは本来結合すべきmRNAから引き離され、下流のスプライシングや翻訳が止まります。さらに、複数の異なるタンパク質を同時に結合させ、巨大な分子複合体の組み立てを助ける「足場（Scaffold）」としても機能します。たとえばcirc-Foxo3は、細胞周期の進行に欠かせないp21とCDK2という2つのタンパク質を結びつけて三者複合体を作り、細胞周期を停止させることが知られています。

働き③：「隠れたタンパク質」を作る翻訳機能

環状RNAは定義上「タンパク質に翻訳されないRNA」に分類されてきました。しかし近年、一部の環状RNAが実際にタンパク質やペプチド（短いタンパク質）に翻訳されていることが分かり、この常識が覆されつつあります。直鎖状mRNAの翻訳開始に必須の5’キャップ(先頭の帽子)を環状RNAは持たないため、別の特殊な開始メカニズムを使います。代表的なのが、ウイルスでよく見られるIRES（内部リボソーム進入部位）を使う方法と、RNAの化学修飾であるm6A（N6-メチルアデノシン）を目印にする方法です。

さらに、終止コドン(翻訳の終わりの合図)を読み過ごすと、リボソームが輪っかの上を何周もぐるぐる回り続ける「ローリングサークル翻訳」という現象も起こります。こうして作られる環状RNA由来のペプチドの多くは、細胞内ですぐに分解されてしまうため量はわずかですが、一部はがん化や代謝で重要な役割を果たす可能性が指摘されています。こうした未知のタンパク質群は「隠されたプロテオーム（hidden proteome）」と呼ばれ、細胞生物学の新たなフロンティアとして大きな注目を集めています。

5. がん・神経変性疾患への臨床応用：次世代バイオマーカー

環状RNAは、血液中やエクソソーム（細胞が放出する小さな袋）の中に豊富に存在し、分解酵素の攻撃を受けにくいため、血液中での半減期が直鎖状mRNAに比べて圧倒的に長いという特長があります。この高い安定性と、組織や病気ごとに特徴的な発現パターンを示す性質から、環状RNAは血液一滴で病気を見つける「リキッドバイオプシー」の次世代バイオマーカーとして、臨床応用への期待が急速に高まっています。

がん領域：CDR1asが示す組織特異的な二面性

がんは、遺伝子変異の蓄積と並行して、スプライシングの異常も伴う病気です。スプライソソーム構成因子の変異や、腫瘍微小環境での低酸素といったストレスは、RBPの発現や活性を変化させ、細胞全体のバックスプライシングのパターンをがんを促進する方向へと作り替えます。この分野で最も注目されるのが、前述のCDR1as（ciRS-7）です。多くの臨床検体の解析から、CDR1asが多種多様な固形がんで特異的に異常発現し、汎がんバイオマーカー（さまざまながんに共通して使える目印）の要件を満たすことが実証されています。

注目すべきは、CDR1asが組織によって正反対の働きを示す点です。多くのがんでは発現が上昇してオンコジーン（発がん遺伝子）のように振る舞い、予後不良と相関します。ところが卵巣がんや膀胱がんでは逆に発現が低下し、がん抑制的な保護的役割を果たすと考えられています。この組織特異性は、環状RNAを使った標的治療を開発するうえで、きわめて重要な考慮事項となります。

同じCDR1asでも、消化器がんや呼吸器がんでは発現が上昇して発がん的に、卵巣がん・膀胱がんでは低下してがん抑制的に働く。組織ごとの「二面性」が、治療応用の難しさと面白さを生んでいる。

神経変性疾患：脳の状態を映す血液マーカー

脳神経系は、体の中でも特に多種多様なRNAが作られる、トランスクリプトームの複雑性が最も高い組織の一つです。多くの環状RNAが神経細胞、とりわけシナプス(神経のつなぎ目)に集積し、正常なシナプス形成や可塑性(学習・記憶の柔軟性)に寄与しています。アルツハイマー病・パーキンソン病・筋萎縮性側索硬化症(ALS)などの神経変性疾患では、アミロイドβやリン酸化タウ、α-シヌクレインといった異常タンパク質の沈着が進みますが、環状RNAはmiRNAのスポンジングなどを通じて、これらの病的プロセスを修飾していることが分かってきました。たとえばアルツハイマー病モデルではCircTTC39Cがある種のmiRNAを吸着し、パーキンソン病モデルではCircDLGAP4が別のmiRNAを吸着するなど、疾患ごとに特徴的な環状RNAが同定されています。

2025年の画期的報告：p-tau217を上回るアルツハイマー病予測

アルツハイマー病の最大の臨床課題は、確定診断が認知機能低下などの症状が現れてから行われることが多く、その時点では神経細胞死が広範に進んでしまっている点です。ここで、バックスプライシング由来の環状RNAが革新的な突破口を開きました。神経細胞の死やシナプスの変性に伴って、脳由来の特異的な環状RNAが末梢血中に放出されるためです。

2025年12月に米国サンディエゴで開催された第18回アルツハイマー病臨床試験（CTAD）会議で、精密神経学企業のCircular Genomics社が、ワシントン大学のCarlos Cruchaga博士の研究室との共同研究に基づき、アルツハイマー病の早期発見に向けた新しい血液バイオマーカー・プラットフォームの成果を発表しました。報告された臨床的意義は、次の点で大きなものです。

この成果が示すのは、基礎研究だったバックスプライシングが、いよいよ精密医療（プレシジョン・メディシン）の現場に実装される段階に入りつつある、ということです。ただし現時点では研究・開発段階の報告であり、一般診療で誰もが受けられる確立した検査になっているわけではない点には注意が必要です。今後の検証の積み重ねが、実用化への鍵となります。

6. 遺伝医療との接続：バックスプライシングはどこで臨床に関わるか

ここまで読むと、バックスプライシングは基礎研究の話に思えるかもしれません。しかし、この用語は遺伝診療の実際といくつもの接点を持っています。整理してみましょう。

①スプライシング異常という「病気の原因」としての側面

標準的スプライシングの異常は、それ自体が多くの遺伝性疾患の原因になります。スプライス部位の変異によってエクソンの組み合わせが崩れる病態は「スプライソパチー」と総称されます。バックスプライシングは、こうしたRNAスプライシング全体のバランスの一部であり、標準的スプライシングと同じ材料を取り合う関係にあります。スプライシング制御の全体像を理解することは、遺伝子変異がなぜ病気を引き起こすのかを読み解くうえで欠かせません。

②リキッドバイオプシーという「診断技術」としての側面

前章で見たように、環状RNAは血液から病気を見つけるリキッドバイオプシーの有力な材料です。すでに臨床で使われている循環腫瘍DNA（ctDNA）などと並び、今後は環状RNAも非侵襲的な診断ツールとして加わっていく可能性があります。ミネルバクリニックでも、血液を用いた各種の遺伝学的解析を提供しており、RNAレベルの解析技術は今後ますます重要になると考えられます。

③遺伝カウンセリングという「対話」の場での側面

環状RNAバイオマーカーが将来、発症前のリスク予測に使われるようになると、「症状が出る何年も前にリスクを知る」という新しい状況が生まれます。これは大きな福音である一方、本人や家族にとって心理的に重い情報にもなり得ます。だからこそ、検査の意味・限界・結果の受け止め方を一緒に考える遺伝カウンセリングの役割が、これまで以上に重要になります。ミネルバクリニックでは、臨床遺伝専門医がこうした対話を担います。

7. よくある誤解

8. 臨床遺伝専門医からのメッセージ

よくある質問（FAQ）

参考文献

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